EVALUATION OF THE STATE AND DEVELOPMENT OF TERRITORIES OF SAMARA REGION USED AS LANDFILL FACILITIES

Full Text

В границах крупных городских поселений формируются массивы твердых бытовых отходов (ТБО). Они включают в себя стихийные несанкционированные отвалы, организованные свалки, усовершенствованные и высоконагружаемые полигоны, а также объекты совместного размещения ТБО и твердых промышленных отходов III-V классов опасности. Изыскания и расчеты показывают, что в течение 20 лет в границах города с населением 100 тыс. человек площадь, отторгаемая массивами ТБО, составляет более 50 га [1]. За счет биотических и абиотических факторов среды свалочный массив трансформируется в техногенный грунт [2]. Процесс трансформации длится десятилетиями и сопровождается биодеструкцией органики, выветриванием, инсоляцией поверхности отходов, обводнением и фильтрационной консолидацией свалочной толщи с оттоком отжимной воды, а также самоуплотнением. Методы управления полигоном, такие как изоляция [3], дренаж жидких и газообразных флюидов, компактирование, а иногда и брикетирование свалочной массы, ускоряют процесс трансформации вплоть до полной ассимиляции свалки геосредой. Пребывание свалочного массива в геологической среде приводит к формированию природнотехногенной системы (ПТС). Изучение состояния ПТС для ее последующего освоения - предмет геоэкологии [4]. Известны многочисленные методы освоения территорий закрытых свалок: рекреационный, лесохозяйственный, ландшафтный и др. [5, 6]. Однако создание на нарушенных отходами территориях лесопосадок и парковых зон затруднено в силу экологической специфики объектов, а также межведомственных противоречий между собственниками отходов и хозяйствующими субъектами. Альтернативой распространенным методам выступает геоэкологическое направление освоения территорий свалочных массивов путем создания комплексов рециклирования отходов [7, 8]. DOI: 10.17673/Vestnik.2016.01.8 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 1 (22) 50 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА На комплексах рециклирования размещаются сооружения механизированной сортировки ТБО, частичной переработки утильных фракций или их измельчения. В границах комплекса рециклирования возможно создание предприятий по утилизации строительных отходов во вторичный щебень, а также участков штабельно-кавальерного или слоевого обезвреживания загрязненных грунтов [9-12]. Ввиду отсутствия свободных территорий, строительство сооружений экологического рециклинга вынуждены выполнять непосредственно на поверхности свалочной толщи. Свалочный грунт является неустойчивым основанием для строительства. Превышение нагрузок на него более 0,1 МПа может вызвать просадку, пучение, выделение свалочного газа и другие неблагоприятные процессы, приводящие к потере устойчивости возводимых сооружений [13]. Поэтому строительство на свалочных грунтах возможно только для сооружений пониженной капитальности. Именно к таким сооружениям относят большинство объектов, входящих в комплекс рециклирования. Они представляют собой открытые гидроизолированные площадки или ангары с нагрузкой на уплотненный свалочный грунт не более 0,1 МПа (СП 45.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты). Свалочные массивы, как строительные основания под сооружения, входящие в комплекс рециклирования, должны удовлетворять требованиям, предъявляемым к грунтам по показателям механической устойчивости, химического состава и токсичности [4]. Оценку пригодности территорий, занятых массивами ТБО, к хозяйственному освоению предлагается осуществлять сочетанием набора двух групп показателей: геомеханической и геоэкологической. Геомеханическая группа оценивает несущие свойства свалочных грунтов, их способность сопротивляться статическим и динамическим нагрузкам. Основным показателем здесь выступает модуль деформации. Геоэкологическая - оценивает безопасность осуществления работ для окружающей среды. Основной показатель - содержание метана в газовой вытяжке. Комплексная оценка состояния и последующая разработка мероприятий по рекультивации свалочных массивов была проведена в отношении крупных объектов размещения ТБО Самарской области: усовершенствованного полигона г. Тольятти, высоконагружаемого полигона г. Новокуйбышевска и несанкционированной свалки г. Жигулевска. Проектная документация и технический надзор за рекультивацией данных объектов проводили при участии авторов. Объекты различаются по геологическим особенностям районов размещения, условиям и продолжительности формирования, структуре и конфигурации. Расположение объектов сопряжено с геоэкологическими обременениями [14]. Полигон ТБО г. Тольятти расположен в отвершке оврага Волосяной на землях Ставропольского района Самарской области. Эксплуатируется более 40 лет. Площадь нарушенной территории достигает 50 га при объеме свалочного массива более 2,4 млн.м3. Свалка г. Жигулевска исторически сформировалась в границах национального парка «Самарская Лука» более 50 лет назад. В течение последнего десятилетия вывоз отходов на свалку не осуществляется. За этот период произошло самозарастание поверхности, нарушение устойчивости откосов стихийно сформированного массива. Часть свалочного тела минерализовалась в результате многочисленных возгораний отходов. В результате площадь свалки составляет 6,5 га, а общий объем накопленных отходов достигает 230 тыс.м3. Полигон г. Новокуйбышевска принимает отходы с 80-х гг. прошлого века. Основанием участка складирования являются природные тугопластичные глины. Часть массива располагается в выемке отработанного карьера. Проектом Самарского государственного технического университета предполагается реконструкция объекта с созданием на его основе комплекса обезвреживания и утилизации наиболее крупнотоннажных видов отходов от крупной градопромышленной агломерации. Восстановление территорий всех указанных объектов предполагает создание сопутствующих вспомогательных сооружений: участков приготовления рекультивационных материалов, сооружений сбора, отведения и обезвреживания жидких и газообразных флюидов [13], а также станций механизированной сортировки ТБО с участками переработки утильных фракций. Все перечисленные сооружения могут быть выполнены в модульном и мобильном исполнении, рассчитаны на нагрузку не более 0,1 МПа. В связи с этим строительство вышепредставленных объектов не требует устройства сложных фундаментов на насыпных свалочных грунтах. Это особенно актуально в условиях отсутствия свободных территорий на рекультивируемых объектах. Однако не все свалочные грунты пригодны в качестве оснований под объекты пониженной капитальности. Обоснование возможности их строительнохозяйственного освоения предлагается выполнять с использованием следующих положений: 51 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 1 (22) К.Л. Чертес, А.А. Савельев, Е.Г. Мартыненко, О.В. Тупицына, А.А. Михасек Рис. 1. Топографический план, геологический разрез и выборочные матрицы состояния свалочного массива полигона твердых коммунальных отходов г. Тольятти Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 1 (22) 52 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА Рис. 2. Топографический план, геологический разрез и матрицы состояния дифференцированного на фрагменты массива (свалка г. Жигулевска) 53 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 1 (22) К.Л. Чертес, А.А. Савельев, Е.Г. Мартыненко, О.В. Тупицына, А.А. Михасек Рис. 3. Топографический план, геологический разрез и матрицы состояния дифференцированного на фрагменты массива (полигон г. Новокуйбышевска) Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 1 (22) 54 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА Таблица 1 Характеристики исследуемых объектов Показатель Ед. изм. Полиигон ТКО г. Тольятти Свалка ТКО г. Жигулевска Полигон ТБО г. Новокуйбышевска Фрагмент 1 Фрагмент 2 Фрагмент 3 Фрагмент 1 Фрагмент 2 Фрагмент 3 Фрагмент 1 Фрагмент 2 Мощность тыс.м3 654,5 1765,4 151,0 25,0 212,5 46,4 200,5 970,1 Возраст лет 20-25 15-19 9-15 25-40 15-25 5-15 30-40 5-15 Геомеханическая группа показателей Плотность ρ т/м3 0,8-1,1 0,4-0,8 0,3-0,6 0,6-0,9 0,4-0,5 0,3-0,5 0,8-1,1 0,6-0,8 Влажность W % 30,0-35,2 42,1-60,9 56,8-72,3 39,5-45,8 54,1-55,3 71,2-75,1 34,2-51,1 50,7-64,2 Модуль деформации E МПа 5,3-9,1 1,1-4,2 0,2-1,0 2,8-5,5 0,8-1,2 0,2-0,9 4,9-8,4 1,0-3,9 Сцепление С кПа 25,1-31,1 13,5-19,2 9,8-11,3 23,6-31,1 20,2-22,3 11,5-14,2 23,6-30,2 13,6-21,2 Угол внутреннего трения φ град 13,2-17,3 8,2-11,9 4,1-7,5 12,3-17,6 7,3-10,8 3,8-6,9 14,5-16,2 9,1-11,9 Геоэкологическая группа показателей Биоразлагаемое орг.вещество Сорг % масс 29,7-35,5 39,6-53,6 59,2-76,3 25,6-33,2 0,49-0,52 0,35-0,49 24,3-30,7 35,4-55,1 Газопродуктивность м3/ч 15,0 120,0 80,0 10,0 15,0 40,0 10,0 170,0 Содержание метана % об. 0,4-1,8 5,3-25,9 2,1-13,3 0,2-0,7 1,0-2,3 1,2-2,5 2,4-5,9 19,5-36,5 Оценка состояния, рекомендуемые методы воздействия на массив и направление освоения территории Состояние свалочного грунта Стабильное Условностабильное (умеренная газогенерация) Нестабильное (обводнение и газогенерация) Стабильное Условностабильное Нестабильное Стабильное Условностабильное Методы управляемого воздействия Вертикальная планировка и уплотнение Компактирова ние, пассивная дегазация Компактирование, дренаж отжимной воды, пассивная дегазация Вертикальная планировка и уплотнение Уплотнение, геоармирование поверхности Биодеструкция, уплотнение, гидроизоляция, геормирование поверхности Вертикальная планировка и уплотнение Компактиро вание, пассивная дегазация 55 Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 1 (22) К.Л. Чертес, А.А. Савельев, Е.Г. Мартыненко, О.В. Тупицына, А.А. Михасек Рис. 4. Планы освоения территорий свалочных массивов после производства восстановительных работ Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура | 2016 | № 1 (22) 56 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА - дифференцирование свалочных массивов на фрагменты неоднородной структуры и состава с использованием матрично-цифровых методов; - оценка выделенных фрагментов массива набором структурно-геомеханических, био- и газохимических параметров; - выбор направлений пофрагментной рекультивации свалочного массива с учетом значений вышепредставленных параметров. Дифференцирование массивов исследованных объектов размещения отходов на неоднородные фрагменты было выполнено на стадии проведения комплексных инженерных изысканий в период 2012-2015 гг. Конфигурации свалочных тел интерпретированы в виде структурных профилей и цифровых матриц состояния (рис. 1-3). Подобный подход позволил выделить в свалочных массивах фрагменты, неоднородные по влажности, плотности, составу газовой вытяжки, а также отдельным геомеханическим характеристикам. Сопоставление данных показателей с аналогичными значениями грунтов геологической среды в зоне влияния свалок позволило классифицировать выделенные фрагменты на группы: стабильный, условно стабильный и нестабильный. В зависимости от стабильности фрагментов были предложены технологии подготовки территорий свалок и их последующего целевого освоения, в том числе по фрагментам [14]. В табл. 1 представлены основные показатели свалочных тел объектов исследования с пофрагментной дифференциацией толщи и направлениями обращения. Дифференцирование свалочных массивов с выделением неоднородных фрагментов позволило установить соответствие методов управляемого воздействия состоянию свалочных грунтов. В результате были намечены направления дальнейшего освоения рекультивированных территорий. Например, поверхность стабильного фрагмента №1 полигона г. Тольятти пригодна к использованию под участок производства рекультивационных материалов (рис. 4). В результате до 10 % нарушенной территории возвращается в хозяйственное использование. Наиболее стабильным по структурно-геомеханическим и био-газохимическим параметрам является свалочный массив полигона г. Новокуйбышевска. В связи с этим часть его поверхности пригодна к строительству мусоросортировочной станции, узлов брикетирования утильных фракций, а также предприятия по переработке строительного мусора и грунтов экскавации в рекультивационные материалы техногенного происхождения. Эксплуатация свалки г. Жигулевска осуществлялась в границах особо охраняемой природной территории (ООПТ) - национального парка «Самарская Лука». Данное обременение затрудняет любую хозяйственную деятельность, за исключением рекреации. Планы освоения территорий свалочных массивов после производства восстановительных работ представлены на рис. 4. Вывод. Подходы к оценке состояния свалочных массивов, выбору методов их пофрагментной рекультивации и последующего целевого освоения были использованы в составе проектных документаций по восстановлению более 50 га территорий, нарушенных размещением твердых коммунальных отходов. В том числе для городских округов Тольятти, Сызрань, Новокуйбышевск, Отрадный, Кинель, сельских поселений Пестравка, Хворостянка, Клявлино. Техническая обоснованность принятых методов и направлений восстановления подтверждена наличием положительных заключений Государственной экспертизы.

About the authors

Konstantin L'vovich CHERTES

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: vestniksgasu@yandex.ru

Aleksey Aleksandrovich SAVELYEV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Elena Gennad'evna MARTYNENKO

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Olga Vladimirovna TUPITSINA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Andrey Aleksandrovich MIKHASEK

Samara State University of Architecture and Civil Engineering

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files