Ориентировочные глубины скважин, м

 

 

Ширина здания, мм	Количество этажей

Полевые опытные инженерно-геологические работы производят только под наиболее ответственные сооружения. Их целью явля­ется уточнение прочностных и деформативных показателей грун­тов в пределах контура здания. Опытные гидрогеологические ра­боты выполняют для получения окончательных данных для расчетов дренажных сооружений, определения притоков воды в котлованы и др.

По окончанию изысканий этого этапа составляется инженер­но-геологический отчет, дающий исчерпывающие данные по грунтам оснований отдельных зданий и сооружений и агрессив­ности грунтовых вод. В отчете приводятся также рекомендации по проведению мероприятий, обеспечивающих защиту фундамен­тов, подземных сооружений и перечень прочих инженерных ме­роприятий, обеспечивающих устойчивость зданий и сооружений в период их строительства и эксплуатации.

Инженерно-геологические изыскания для градостроительных ра­бот.Проектирование городского и поселкового строительства осуществляется стадийно. В настоящее время оно складывается из проектов: планировки и плана размещения первоочередного строительства; детальной планировки и проекта застройки.

Соответственно этому инженерно-геологические исследования проводят также по стадиям, применительно к каждому виду про­ектирования.

Исследования для проекта планировки и плана размещения пер­воочередного строительства. Инженерно-геологические исследова­ния для проекта планировки городов (поселков) должны дать оценку значительной территории с точки зрения возможности использования ее для строительства. Геологические работы про­водят в сочетании с другими исследованиями и проектными про­работками; экономическими, климатическими, гидрогеологиче­скими, экологическими, санитарно-гигиеническими и т. д.

По изучаемой территории должны быть получены сведения о рельефе, гидрологии, климате, почвах, растительности, геологи­ческом строении, гидрогеологии, природных геологических явле­ниях и инженерно-геологических процессах (оползнях, карсте, просадках, сейсмике и т. д.), составе и свойствах грунтов.

Инженерно-геологические изыскания проводят в три периода: подготовительный, полевой и камеральный. Инженерно-геологи­ческий отчет служит основанием для составления проекта плани­ровки и плана размещения первоочередного городского и посел­кового строительства.

Исследования для проекта детальной планировки. Проект дета­льной планировки существующего города (поселка) включает в себя архитектурно-планировочную и техническую организацию районов застройки первой очереди, устанавливает последователь­ность застройки, решает вопросы благоустройства, содержит про­екты детальной планировки и застройки отдельных городских районов.

Основой инженерно-геологических исследований для проекта детальной планировки являются материалы, полученные при изысканиях для проекта планировки. Аналогичны состав и со-

держание работ и их последовательность (подготовительные ра­боты, полевой период, камеральная обработка материалов).

На этой стадии проводят более детальное изучение геологиче­ской обстановки местности и свойств грунтов. Для этого закла­дывают дополнительные буровые скважины по створам вдоль но­вых или реконструируемых улиц, в местах специальных сооружений. Глубина скважин под сооружением в большинстве случаев достигает 8—10 м. При наличии слабых пород заклады­ваются шурфы с отбором 2—3 образцов для проведения полного комплекса лабораторных исследований.

Исследования для проекта застройки. Проект застройки в пре­делах существующего города предусматривает строительство от­дельных жилых домов (микрорайонов), кварталов, улиц и площа­дей. Проектирование проводят в две стадии — проектного задания и рабочих чертежей. Перед каждой стадией выполняют инженер­но-геологические работы.

Изыскания для проектного задания освещают геологические и гидрогеологические условия всей изучаемой площадки, характе­ризуют инженерно-геологические свойства грунтов. В случае если для данной площадки ранее проводились изыскания для проекта планировки и проекта детальной планировки, то этих материалов вполне достаточно, чтобы не проводить новых исследований на стадии проектного задания застройки. При отсутствии каких-ли­бо инженерно-геологических исследований изыскания проводят в составе и объеме, как это было показано выше для проекта пла­нировки и проекта детальной планировки.

На стадии рабочих чертежей инженерно-геологические мате­риалы могут быть оформлены в одном отчете.

При составлении рабочих чертежей возможны случаи назна­чения дополнительных исследований. Это связано, главным об­разом, с изменениями в размещении зданий или проверкой име­ющихся геологических материалов.

Инженерно-геологические изыскания для отдельных зданий. Ин­женерно-геологические работы под застройку отдельных зданий проводят, как правило, одновременно для проектного задания и рабочих чертежей, т. е. фактически в одну стадию. Изучению подвергается ограниченная площадка. Объем проводимых на ней работ зависит от сложности инженерно-геологических условий, которые подразделяют на три категории:

I категория — участки с простыми геологическими условия­ми; слои залегают горизонтально; несущая способность грунтов не вызывает сомнения; грунтовые воды под фундаментами зале­гают ниже активной зоны; мощность насыпных грунтов не пре­вышает 2 м;

II категория — участки средней геологической сложности;
толща сложена из 4—5 литологических различных слоев в виде
складок; грунтовые воды залегают в пределах активной зоны;
мощность насыпных грунтов составляет 3—4 м;

III категория — участки геологически сложные; расположены
в пределах пересеченного рельефа; толща многослойная; залега­
ние слоев складчатое; нарушенное; грунтовые воды залегают вы­
ше подошвы фундаментов; активная зона содержит грунты типа
ила, торфа; мощность насыпных грунтов превышает 4 м; на уча­
стке развиты природные геологические процессы и явления.

Инженерно-геологические работы выполняют в обычном по­рядке. Отличие работ заключается только в том, что на площадках будущих высотных зданий (более 9 этажей) обязательно проводит­ся изучение грунтов опытными нагрузками. Выполненные работы представляют в виде заключения об инженерно-геологических условиях площадки. При написании заключения большое внима­ние уделяют и обобщению опыта строительства эксплуатации зда­ний на соседних участках в сходных геологических условиях.

Инженерно-геологические изыскания в связи с надстройкой зда­ний, реконструкцией, перепрофилированием, изменением этаж­ности зданий. В этом случае инженерно-геологические работы проводят для разработки проектов частичной или полной рекон­струкции зданий. Такие работы часто выполняют для районов городов со старой плотной застройкой в связи с увеличением этажности зданий или освоением подземных пространств.

Все работы проводят в один этап, не разделяя их на стадии проектного задания и рабочих чертежей. Строители изучают кон­струкцию здания с целью выявления возможности надстройки дополнительных этажей, а инженеры-геологи занимаются изуче­нием грунтов оснований с целью создания новой подземной час­ти здания. Если сохранился проект здания и материалы прежних инженерно-геологических изысканий, то объем работ может быть минимальным, хотя это достаточно редкие случаи. Всегда необ­ходимо отобрать монолиты грунта для лабораторных анализов и проверить состояние здания. Если эти материалы не сохрани­лись, то необходимо выполнить полный объем инженерно-геоло­гических работ.

В состав полного объема инженерно-геологических исследова­ний входит изучение геологических и гидрогеологических мате­риалов по данной территории или для соседних участков, изуче­ние геолого-литологического строения площадки, грунтовых вод, инженерно-геологических процессов и природных геологических явлений. С помощью шурфов определяют глубину заложения и 462

состояние фундаментов, стен подвалов, гидроизоляции, конст­рукцию дренажей и т. д.

Для решения всех геологических вопросов используют разве­дочные выработки. Количество выработок и их глубину устанавли­вают в зависимости от размеров здания, а также сложности геоло­гического строения участка. Размер здания оценивают числом секций (секция — часть здания длиной не более 30 м). При 1 — 2 секциях бурят 4 скважины, при 3 — 4 — (4—6) скважин, бо­лее 4 — 8 скважин. Число шурфов устанавливают также количест­вом секций: 1 секция — 3 шурфа; 2 секции — 5; 3 — 4 секции — 7; более 4 секций — 10 шурфов. Указанное количество выработок мо­жет быть уменьшено для участков с простым геологическим строе­нием. Глубину скважины Л определяют по формуле

где Нх — глубина заложения фундамента, и; К — глубина актив­ной зоны основания, м; В — максимальная ширина подошвы фундамента, м; с — постоянная величина, равная для зданий до трех этажей — 2 м, свыше трех этажей — 3 м.

Буровые скважины располагают вокруг здания, а шурфы по характерным его сечениям — около фундаментов. Глубина шур­фов должна быть ниже подошвы фундаментов (рис. 189). Моно­литы отбирают с глубины заложения фундаментов и ниже через каждые 0,5 м проходки и в зависимости от смены слоя грун­та — до нижней границы активной зоны основания.

При оценке грунтов как основания следует помнить, что под воздействием веса здания грунты уже в какой-то мере уплотнены и приобрели повышенную несущую способность. Такое состоя­ние грунты приобретают для песков примерно через 1 год после окончания строительства, для супесей и суглинков — через 1,5—2 года и для глин — через 2—3 года. Вывод о том, что грунты уже имеют повышенную несущую способность, получают на основе сравнения характеристик образцов грунтов, взятых под подошвой фундаментов и вне контура здания.

Рис. 189. Расположение шурфа

по отношению к фундаменту при

проведении инженерно-геологического

обследования:

1 — шурф; 2 — фундамент; 3 — место отбора монолита грунта

Удовлетворительное состояние здания и необходимая уплот­ненность грунтов позволяют произвести надстройку здания без уширения существующих фундаментов. Это значит, что на грун­ты основания можно допустить увеличение давления по отноше­нию к фактическому на 25—35 %, а при особо благоприятных условиях даже на 45—50 %.

Все исследования, выполненные в связи с надстройкой зда­ния, оформляют в виде инженерно-геологического заключения. Освоение подземного пространства под зданием требует боль­шого внимания и во многом излагается ниже.

Инженерно-геологические изыскания для строительства подзем­ных сооружений.К числу подземных сооружений, возводимых с поверхности, а затем перекрытых относят подземные резервуары, очистные канализационные сооружения, станции перекачки, а также различные объекты специального назначения. В последние годы в городском строительстве стали создавать подземные соо­ружения «горными» способами, что очень специфично.

Особенностью указанных «обычных» подземных сооружений является большое заглубление. Их фундаменты передают на грунт оснований небольшие давления, которые иногда даже меньше, чем давление от собственного веса грунта, вынутого при отрывке котлована. В связи с этим при лабораторных исследованиях во­прос прочности грунтов не является главным. Значительно боль­шее значение имеет устойчивость грунтов в откосах котлованов, особенно при наличии подземных вод, а также боковое давление грунтов на сооружение после осуществления засыпки пространств между стенками сооружений и откосами котлованов.

Все необходимые данные о геолого-литологическом строении участков, предназначенных под застройку, гидрогеологии, инже­нерно-геологических процессах дают буровые скважины. Глубина скважин определяется условием — забой скважины должен нахо­диться на 5—6 м ниже проектируемого основания подземных соо­ружений. В том случае когда в этих пределах могут быть встречены неустойчивые породы, скважину углубляют до нижележащих устойчивых пород. Из скважины извлекают монолиты грунтов для лабораторных исследований, среди которых наибольшее значение имеют данные о сопротивлении грунтов сдвигу.

Большая глубина заложения сооружения в большинстве слу­чаев приводит к контакту с подземными водами, поэтому изуча­ют режим, состав и агрессивность подземных вод. Одновременно решаются вопросы водоотлива, если подземные воды препятству­ют производству работ, а также конструкции дренажей на период эксплуатации сооружений. Результаты исследований оформляют в виде обычного инженерно-геологического отчета. Все эти работы

резко усложняются при создании новой подземной части уже су­ществующего здания. Здесь необходимо разрабатывать специаль­ную программу изысканий с привлечением методов «горной ин­женерии».

Инженерно-геологические изыскания для гидротехнического стро­ительства(плотины, водохранилища и др.) являются наиболее сложными из всех видов изысканий под строительные объекты.

Состав и объем инженерно-геологических изысканий опреде­ляется тремя основными факторами:

• характером проектируемого сооружения;

• стадией проектирования;

• сложностью геологических условий района строительства.

По своему характеру гидротехнические сооружения разнооб­разны. Для целей гидроэнергетики и водоснабжения гидротехни­ческие сооружения могут быть крупными и сложными объекта­ми, в виде плотин, перекрывающих мощные реки, например Цимлянская плотина на р. Дон, и сравнительно малыми и про­стыми сооружениями в виде невысоких (менее 10 м) земляных плотин с небольшими чашами водохранилищ. Последние наибо­лее часто встречаются в сельских местностях, при поселковом строительстве, при решении вопросов обеспечения водой отдель­ных промышленных объектов.

В основе изыскательских работ для гидротехнического строите­льства лежит их стадийность. Для наиболее простых сооружений, например низкой земляной плотины и маленького водохранили­ща, возможно одностадийное проектирование с составлением тех­но-рабочего проекта. Для сложных сооружений предусматривают­ся несколько стадий проектирования.

Большое влияние на инженерно-геологические изыскания оказывает сложность геологического строения. Условия могут быть простые, сложные и весьма сложные. При простых геологи­ческих условиях объект строится на естественном основании, на­грузки на грунты не ограничиваются. Сложные условия требуют улучшения свойств фунтов и ограничения нагрузок. Весьма сложные геологические условия свойственны горным и сейсми­ческим районам, участкам развития карста, многолетней мерзло­ты. Строительство в таких районах требует проведения сложных мероприятий по улучшению состояния и свойств грунтов, приня­тия специальных конструктивных решений.

В комплекс инженерно-геологических изысканий на всех ста­диях работ входят инженерно-геологическая съемка и разведоч­ные работы. Это позволяет решать общие геологические вопросы строения местности (долины реки, участка балки, оврага и т. д.). На более поздних этапах изысканий на первом месте стоят рабо-

ты по изучению характеристик и свойств грунтов, а также анализ гидрогеологических условий района (участка). При крупном гид­ротехническом строительстве возможно проведение опытных ра­бот (по фильтрации, определению несущей способности грунтов и т. д.) и опытного строительства (опытный намыв дамб, опыт­ные дренажи и т. д.).

При изысканиях под гидротехнические объекты важнейшее значение имеют работы по гидрогеологии. В районе плотины изучаются условия фильтрации. Особое внимание уделяется по­левым работам (опытные откачки, нагнетания, наливы) и наблю­дениям за режимом подземных вод. При оценке потерь воды из водохранилища кроме фильтрации следует учитывать возмож­ность ее ухода через расположенные вблизи депрессии рельефа, подземные выработки, карстовые пустоты, трещины скальных массивов. Определяются возможность выщелачивания и механи­ческой суффозии фунтов; выходы напорных вод; вероятность развития оползней на склонах и в местах примыкания плотины к берегам; характер подтопления окружающей водохранилище территории, особенно населенных пунктов и промышленных объектов. Особое внимание должно уделяться изменению геоло­гических и гидрогеологических, климатических, геоэкологических условий в зоне затопления водохранилищ.

Во всех случаях инженерно-геологических работ для проекти­рования гидротехнических сооружений производят поиск и раз­ведку строительных материалов. Подсчет запасов выполняют из расчета превышения потребностей в 2—3 раза. В основном ведут поиски материала для отсыпки тела плотин. В период эксплуатации земляных плотин и водохранилищ важное значение имеют наблю­дения за поведением грунтового тела плотины (осадки, сдвиги).

Необходимо отметить, что наибольшую сложность представля­ет собой строительство плотин и водохранилищ в районах много­летней мерзлоты и развития карста. Инженерно-геологические изыскания в этих случаях имеют ряд специфических особенно­стей. В районах многолетней мерзлоты производят мерзлотную съемку, замеры температур фунтов, специальные определения свойств и водопроницаемости фунтов. В процессе изучения кар­стовых районов устанавливают распросфанение и происхождение карстовых форм, закономерности развития, условия растворения фунтов фильфационным потоком и скорость этого процесса.

Инженерно-геологические изысканиядля линейного строительст­ва.Создание крупных промышленных сооружений, городов (по­селков) всегда сопровождается Сфоительством различных объектов линейного характера, которые могут быть наземными (железные и автомобильные дороги), подземными (нефте- и газопроводы), воз­душными (линии электропередач, подвесные канатные дороги).

Для каждого такого объекта характерны свои и вполне определенные особенности в проведении инженерно-геологических изысканий.

Одной из особенностей изысканий под линейное строительст­во является большая протяженность при малой ширине полосы изысканий. При изысканиях под такие объекты инженер-геолог практически сталкивается со всеми разделами инженерной геоло­гии (общая геология, подземные воды, геодинамика поверхности земли и многое другое).

Инженерно-геологические изыскания для каждого вида ли­нейных объектов выполняют по определенным нормативам, ко­торые учитывают специфику объектов. Сопутствующие линейным объектам здания и сооружения проектируют в соответствии с до­кументами для промышленно-гражданского строительства.

Как проводятся инженерно-геологические изыскания под ли­нейные сооружения, в качестве примера покажем на строитель­стве трубопроводов.

Трубопроводы предназначаются для транспортировки различ­ных жидкостей и газов. Большая протяженность, пересечение различных природных препятствий (горы, реки, болота и т. д.) заставляют проектировать трубопроводы подземные (в траншеях), подводные (на дне водоемов) и надземные (на опорах). По своей значимости трубопроводы разделяют на магистральные, ответвле­ния и разводящую сеть.

Вдоль трубопроводов располагаются объекты обслужива­ния — насосные, водонапорные башни, резервуары, жилые дома и т. д. Инженерно-геологические работы под эти здания и соору­жения проводят такие же, как для промышленного и городского строительства. При инженерно-геологических изысканиях исхо­дят из того, что трубопроводы характеризуются незначительной удельной нагрузкой на грунты оснований (не более 0,02 МПа), но отличаются высокой чувствительностью к осевым перемеще­ниям с повреждением стыковых соединений.

Для проектирования трубопроводов необходимо знать проч­ность грунтов оснований, характер грунта, который пойдет для за­сыпки траншей (или создания насыпей), рельеф местности, осо­бенности строения речных долин и их эрозионную деятельность, глубину промерзания грунтов, сейсмичность, блуждающие элект­рические токи, наличие грунтовых вод и их агрессивность, харак­тер берегов морей, озер и водохранилищ, а также процессы и при­родные геологические явления, которые могут отрицательно сказаться на устойчивости трубопроводов и затруднить работу по их укладке (оползни, карст, просадки, овраги, сели, осыпи и пр.).

Инженерно-геологические работы трасс трубопроводов прово­дят в две стадии: предварительные для обоснования проектного

задания и детальные для рабочих чертежей. Иногда при сложных объектах перед предварительными исследованиями проводят ре­когносцировочные работы с целью технико-экономического обо­снования целесообразности строительства и поиска инвестиций.

Предварительные инженерно-геологические работы выполня­ют с целью обоснования выбора варианта трассы трубопровода. Намечают ряд вариантов трасс. Каждую трассу изучают в полосе шириной до 500 м. Особое внимание обращают на наиболее не­благоприятные участки (оползни, карст и т. д.), коррозионную активность, агрессивность грунтовых вод, выявление блуждающих токов. На этом этапе работ большое значение имеет аэрогеологи­ческое обследование и аэрофотосъемка местности.

В инженерно-геологическом отчете дается сравнительная ин­женерно-геологическая характеристика всех вариантов трасс тру­бопроводов с представлением инженерно-геологических карт и разрезов. Рекомендуется наиболее благоприятный в инженер­но-геологическом отношении вариант трассы.

Детальные инженерно-геологические работы производят на окончательно выбранном варианте трассы. К материалам, полу­ченным на предварительном этапе, добавляют новые исследова­ния, в том числе анализы коррозионной активности грунтов и агрессивность грунтовых вод.

Разведочные выработки выполняют в основном в виде буро­вых скважин. На каждый километр задают в среднем две сква­жины. Глубина выработок назначается с учетом возможной глу­бины заложения трубопроводов и глубины промерзания грунтов. Чаще всего это 3—5 м, а на болотах и переходах через водотоки 1 — 15 м. При необходимости из скважины отбирают образцы грунтов и пробы подземных вод.

Для выявления границ скальных, илистых или торфянистых грунтов закладывают дополнительные выработки. То же самое де­лают на участках переходов через реки, растущие овраги, большие ущелья.

При пересечении трассой трубопровода районов со сложными инженерно-геологическими условиями к обычным исследованиям добавляют специальные работы, значительно увеличивая при этом количество разведочных выработок. К таким районам отно­сят оползневые и карстовые участки, многолетнюю мерзлоту, сейсмические территории, площади с развитием лессовых проса­дочных грунтов, болота, засоленные грунты, участки с горным рельефом и др. Так, в районах развития лессовых просадочных грунтов дополнительно следует установить тип и толщину зоны просадочных пород; на заболоченных территориях изучают усло­вия формирования болот, устанавливают их тип, строение и со­став; в карстовых районах исследуют морфологию, возраст и дру-

гие особенности карста, выделяя при этом участки, пригодные и непригодные под строительство, а также пригодные после прове­дения специальных мероприятий. В районах вечной мерзлоты устанавливают тип мерзлоты (сплошная, слоистая), мощность мерзлых пород, склонность к пучинистости деятельного слоя, на­личие наледей. В горных районах особое внимание уделяют воз­никновению селей, оползней, осыпей, обвалов, снежных лавин и выявляют возможное их воздействие на трубопроводы.

Детальные исследования оформляются в виде инженерно-гео­логического отчета, который дает основание для разработки ра­бочих чертежей зданий и сооружений.

Некоторые особенности инженерно-геологических изысканий на техногенно загрязненных территориях. Под техногенно загрязнен­ными территориями понимаются территории, подвергшиеся изме­нениям в результате антропогенных воздействий разного рода, происхождения, интенсивности и продолжительности. Внутри этих территорий происходят значительные процессы в абиотиче­ской составляющей антропогенных экосистем, прежде всего, в го­родах, населенных пунктах, промышленных зонах. Важнейшим объектом изучения являются в первую очередь техногенные грун­ты, а также инициированные техногенезом геоэкологические про­цессы, зачастую весьма негативного характера и отрицательно ска­зывающиеся на строительных объектах. Техногенно загрязненные территории с изменениями в принципах городского строительства, а именно, уплотнения застройки, повышения этажности, освоения подземного пространства, все больше становятся предметом инже­нерно-геологических изысканий. К настоящему времени пока не создано специальных методологий, хотя СНиП 11.02—96 опреде­ляют принципы исследований техногенных грунтов (см. раздел II, гл. 10, 11).

Для строительного освоения техногенно загрязненных террито­рий необходимо проводить обязательное их санирование — комп­лекс работ по специальному проекту и с применением разработан­ной оптимальной технологии по восстановлению «нормальных» (природных) свойств грунтов, вод и рекультивации почв и биоты на объекте (территории или акватории) в целью их последующего использования как полноценного компонента территории с после­довательным освоением («лечением») всей территории акватории с прилегающими зонами.

В практике изысканий на техногенно загрязненных террито­риях необходимо комплексирование методов, способов, оборудо­вания и подходов к интеграции из «арсеналов» инженерно-геоло­гических и инженерно-экологических изысканий. Это одна из насущных интенсивно разрабатывающихся проблем инженерной геологии, геоэкологии и экологии.

РАЗДЕЛ VI

ОХРАНА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Глава 35

ОХРАНА ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ КАК ОБЩЕЧЕЛОВЕЧЕСКАЯ ЗАДАЧА

Последние десятилетия XX в. и начало XXI в. ознаменовались стремительным ростом численности населения Земли (уже сейчас оно значительно превышает 6 млрд человек) и нарастанием его на­учно-технической вооруженности. Все это вместе взятое создало невиданное до сего времени активное антропогенное воздействие на биосферу, выразившееся прежде всего в том, что масштабы ант­ропогенных и естественных факторов влияния на среду стали со­поставимыми, и в этом сбылось предсказание В.И. Вернадского, что человеческая деятельность превратилась в геологический фак­тор. Геологические процессы, сформировавшие нашу планету, по­строившие ее, создавшие геологические структуры, породы, ланд­шафты и внешний облик, неизмеримо медленнее по своим темпам, чем мощная строительная деятельность последних двухсот лет, когда за считанные годы, месяцы, дни (и даже минуты: взры­вом построена, например, плотина селехранилища в Медео) чело­век создает города, как техногенные горные системы; водохрани­лища, как техногенные моря и озера; каналы, как техногенные реки; терриконы вскрышной породы, как техногенные холмы; до­бывает руду, уголь, нефть, поднимая внутренние слои земли на по­верхность, как вулканы; сельскохозяйственная деятельность стала соизмеримой по масштабам с денудационными процессами, с вы­ветриванием, с площадной эрозией, но осуществляется она в ты­сячи раз быстрее, чем в природе на протяжении всей геологиче­ской истории (рис. 190—197).

Строительство — один из самых мощных видов производст­венной деятельности XX в., превратилось в природообразующий, («средодеформирующий») фактор. Изменяемая при строительстве геологическая среда оказывает значительное влияние на протека-

ние процессов в сложившемся круговороте вещества, энергии и информации в биосфере, часто дестабилизируя круговоротные процессы. Кроме того, повсеместное загрязнение окружающей

Скопление мелкообломочных продуктов разрушения горных пород—потенциального селевого материала

 

Рис. 190. Осадки поверхности земли над штольнями

Рис. 191. Осадка

поверхности земли над

горными выработками

(г. Кировск, Кольский

полуостров)

 

Рис. 192. Техногенно-измененный лавинно-селевой очаг (г. Кировск, Кольский

полуостров)

ч

 

 

Рис. 193. Геодезическая просека (приполярный Урал, национальный парк

«Югыд ва»)

Рис. 194. Прииск, отработанный более 15 лет назад (приполярный Урал, национальный парк «Югыд ва»)

Рис. 195. Отработанные месторождения золота (национальный парк «Югыд ва»)

нас среды разнообразными веществами, порой не имеющими природных аналогов и подчас совершенно чуждыми для норма­льного существования живых организмов, представляет серьезную опасность для нынешнего и будущего поколений человека на Земле. Налицо наличие глобального экологического кризиса, но перед биосферой дилемма довольно проста в своем решении: биосфера сможет справиться с кризисом через несколько десят­ков тысяч лет, но без человека и человечества, а это для нас практического смысла не имеет. Выходом из кризиса для челове­ка является сохранение природной среды, адекватной по своим экологическим условиям для сохранения биосферы в целом, и с человечеством, в частности. Для этого необходимо решение ряда проблем, многие из которых не нашли еще даже теоретических решений: одни технологически сложны, другие — экономически невыгодны, а главное, большинство этих проблем человеческим

Рис. 196. Необустроенная дорога на прииск (национальный парк «Югыд ва»)

разумом неосознанны. Тем не менее мировым сообществом вы­работаны некие модели развития на ближайшую и отдаленную перспективу, одной из которых является «Концепция устойчивого (поддерживающего)* развития», обусловленная согласием, несмот­ря на серьезные критические возражения подавляющего боль­шинства государств мира в Рио-де-Жанейро в 1992 г. и, к сожа­лению, практически одобренная, несмотря на ничтожные результаты ее реализации, на глобальном экофоруме в Йоханнес­бурге в 2002 г. Другие концепции пока не получили должного те­оретического обоснования и слабо проработаны. Однако уже сейчас нужны практические шаги по охране природной среды и, в частности, экологическое строительство, для осуществления ко­торого нужны детальные инженерно-геологические и геоэкологи­ческие изыскания.

Современная кризисная экологическая ситуация в своем раз­решении, в том числе и в рамках «поддерживающего» (устойчи-

Эрозия

Полигон со снятым почвенным покровом, сложенный

Ненарушенная поверхность. Крупнообломочный материал перекрыт слоем плотного суг­линка и почвой, предотвраща­ющими развитие эрозионно-суффозионных процессов.

Смыв с поверхности полигона приносимого сверху мелкозема -минерального субстрата »

Суффозия - вымывание

Ь,»"У*>-45'^' г328Г ФШ мелкозема из вмещаю-

шего крупнообломочного

коренные породы

•ЛА"Й - крупнообломочные

- почвенно-растительный

Рис.197. Схематический разрез долины р. Кожим (национальный парк «Югьщва») Левый борт естественный, правый — нарушен золотодобычей

§и51атаЫе (англ.) — «поддерживающее» в более точном переводе, чем «ус­тойчивое»; тем более устойчивое развитие возможно только после того, как что-то разрушенное восстановилось, развитие было поддержано, что в общем-то сейчас и требуется для нынешнего состояния биосферы.

вого) развития, требует экологизации многих сфер человеческой деятельности и, в частности, строительства как чрезвычайно мощного фактора воздействия на природную среду. Необходимо учитывать, что строительство будет наращивать свое воздействие в связи с ростом общей численности населения Земли и в связи с нарастающей урбанизацией (уже сейчас без малого 70 % насе­ления живет в городах). Кроме того, проявилась тенденция к со­зданию мегаполисов и промышленных зон большой площади. Следует иметь в виду, что строительная экспансия не обязательно связана с новым строительством и освоением новых территорий, но все больше будет направлена на реконструкцию имеющихся поселений и промышленных комплексов и с активным освоени­ем подземного пространства. При этом существенно возрастает роль инженера-геолога, а также инженера-строителя, обладающе­го геологическими знаниями. Это связано с тем, что в условиях реконструкции существующих сооружений им придется исполь­зовать уже измененную под их воздействием геологическую сре­ду, а также проектировать и возводить («переделывать») здания в условиях влияния других зданий при имеющейся плотной город­ской застройке. При этом необходимо учитывать нарастание тре­бований по обеспечению безопасности и надежности сооружений даже при возможно мощных природных и техногенных чрезвы­чайных ситуациях, так как при росте численности населения Земли все чаще будет необходимо использовать под строительст­во сложные в геолого-климатическом отношении территории. Кроме того, человек все более «привыкает» к жизни и работе в комфортных условиях, во все большей коммуникационной «ат­мосфере», что определяет необходимость улучшения качества здании и сооружений, формирующего, в свою очередь, качество жизни человека. И при всем при этом главнейшим требованием на ближайшую перспективу остается снижение техногенного на­тиска на биосферу, сохранение биоразнообразия, устранение за­грязнений и т. д.

С позиций инженерной геологии это повышает требования к результатам ее исследований и в определенной мере экологизиру­ет ее как науку.

Коэволюция инженерной геологии и геоэкологии. Рассматриваемая проблема коэволюции инженерной геологии и геоэкологии имеет, на наш взгляд, вполне определенное значение, обусловленное но­вым этапом в развитии геологических и экологических наук.

Обратимся к ставшему классическим определению Е.М. Сер­геева, трактующему инженерную геологию как науку о рациона­льном использовании и охране геологической среды от вредных для человека и природы процессов и явлений. Это определение,

высказанное более 30 лет назад, во многом предопределило эко­логизацию, наверное, самой «инженерной» из всех геологических дисциплин науки. Данная экологизация, заложенная в «природо­охранной» части определения, сыграла роль «установки», как го­ворят психологи, на все последующее развитие инженерной гео­логии. При этом не следует забывать о том, что и вся предыдущая история инженерной геологии имела вполне опреде­ленные экологические корни. Да, собственно, и возникновение инженерной геологии обусловлено вполне экологическим факто­ром, а именно — строительством, и точнее требованиями строи­телей об обеспечении их необходимыми для расчетов фундамен­тов сведениями о прочности и деформируемости подстилающих грунтов, т. е. характеристиками абиотической составляющей вновь создаваемой антропогенной экосистемы. Так что встречаю­щееся иногда расхожее определение инженерной геологии как геологии на службе у строителей, в общем-то, достаточно точное. А если это так, то строительство, будучи чрезвычайным экологи­ческим фактором, предопределило инженерную геологию как на­уку экологического цикла. Оценивая предмет инженерной геоло­гии, а именно, геологическую среду, Г.К. Бондарик пишет: «С учетом вопросов и проблем, решаемых инженерной геологией, объектом ее исследований следует считать геологическую среду, ее свойства и также происходящие в ней процессы, которые учи­тываются при осуществлении настоящей и планируемой деятель­ности человека». Инженерно-геологические представления в на­стоящее время являются несколько более широкими, нежели они были 40—50 лет назад. В то время, в силу чрезвычайности актив­но развивающегося строительства, вызванного, в свою очередь, активизацией научно-технического прогресса, особого значения последствиям, особенно негативного характера, строительной эк­спансии не уделялось. Главной задачей было — обеспечить строи­теля-проектировщика, конструктора достоверной информацией, прежде всего, о несущей способности фунтов и о подземных во­дах, которые могли бы осложнить производство работ. Инжене­ры-геологи достигли блестящих результатов, они выстроили тео­ретическую базу, а на ней создали высокопродуктивную систему инженерно-геологических изысканий со всей присущей произ­водству инфраструктурой — от оборудования, приборов до мето­дик, стандартов и подготовленных кадров.

Главными предметами, точнее объектами, которые изучались инструментально, были грунты, их свойства и изменение этих свойств во взаимодействии с сооружением, а затем все более и более инженерно-геологические процессы, иными словами, ин­женерная геология постепенно переходит от изучения объектов в

статике — статических систем — к изучению динамических геоло­гических систем во взаимодействии со строительными система­ми. Здесь уместно остановиться на определении понятия «строи­тельная система». Под «строительной системой» мы понимаем здания, сооружения и их комплексы с инфраструктурой инже­нерных сетей, обеспечивающих их функционирование, а также сосредоточенные в них технологии. В большинстве случаев стро­ительная система служит оболочкой, отделяющей техногенную и природную среду, в которой осуществляется жизнедеятельность. Строительная система — совокупность всех этапов инвестицион­но-строительного процесса проекта и его участников, имеющая объектно-правовую направленность и реализуемая в условиях воздействия конкретных факторов внешней среды. Вытекающие из данного определения воздействия на окружающую среду име­ют вполне четкую направленность на такую важную ее составля­ющую, которой является геологическая среда, на ее компоненты. Устойчивость строительной системы, иными словами, ее надеж­ность, и в конечном виде безопасность для человека определяет­ся в итоге качеством взаимодействия системы с геологической средой. Изменяемость геологической среды во многом — это те геологические процессы, которые должны быть учтены при со­здании строительной системы, с одной стороны, в значительной мере усложняет эту задачу строителю, а с другой — «провоциру­ет» дальнейшее свое развитие уже под воздействием созданной строительной системы. Налицо возникает новая общность: «ди­намическая геологическая система — строительная система».

Такая общность в некоторой степени на уровне инженерных задач описывается понятием «природно-техногенная система» (ПТС), которая рядом специалистов рассматривается как некая экосистема. В пользу отнесения к экосистемам, в первую очередь, говорит наличие в ней таких биотических факторов и как человек, и как обитающие в природной составляющей ПТС представители флоры, фауны, микроорганизмов. Вновь созданные такого рода антропогенные экосистемы для обеспечения гомеостаза требуют нарастающего управляющего действия человека. Это нарастание всегда чревато за счет глубокого проникновения постепенным уг­нетением природных компонент среды. Так что для сохранения природной составляющей, для оптимизации гомеостаза экосисте­мы следует снизить антропогенный натиск. Одним из снижающих натиск факторов является оптимальное проектное решение и реа­лизация «строительной системы». Опыт строительства показывает, что экологично-оптимальное решение во многом связано с гра­мотным использованием особенностей геологической среды, их

динамикой, в том числе и при взаимодействии со строительной системой на всем периоде ее эксплуатации.

Функционирование ПТС как модификации общности «дина­мическая геологическая экосистема — строительная система», как открытой экологической экосистемы на данном этапе невозмож­но в силу высказанных выше соображений об управляющей роли человека в ее гомеостазе. Однако акад. В.И. Осипов считает, что изучение направленности процессов энергообмена в ПТС позво­ляет оптимизировать управляющие факторы ее гомеостаза, а это путь к повышению открытости, приближения к функционирова­нию природных экосистем, к экологизации строительства.

Рассмотренные экологические аспекты взаимодействия строи­тельства и геологической среды приводят к заключению о необ­ходимости комплексного рассмотрения системы «сооружение — окружающая среда», и это в значительной мере предопределило формулирование экологической проблематики в геологии. Е.А. Козловский в 1989 г. назвал это новое научное направление геоэкологией. Функциональной единицей является «геоэкологи­ческая система», включающая в себя: растительность, живые организмы (в том числе человека), геологическую среду и техно-генно-хозяйственные объекты. Основной задачей геоэкологии яв­ляется изучение и оценка изменений геологической среды в результате хозяйственной деятельности, в случае ее техногенного загрязнения, в неразрывной связи с загрязнением других компо­нентов природной среды. Данное определение очень близко по своему смыслу к рассмотренному выше представлению о совре­менном этапе развития инженерной геологии. Кстати, в разра­ботках К.И. Сычева говорится о том, что предметом геоэкологии являются знания не только о состоянии геологической среды и всех ее компонентов в отдельности, но и происходящих в них процессах. В данном случае имеется высокая близость между «геоэкологическими» и «природно-техническими» системами.

В.Т Трофимов в своих последних работах рассмотрел историю развития проблем эволюции в геологических науках и обосно­ванно пришел к выводу о формировании нового этапа в предме­те инженерной геологии, а именно, переход к исследованиям эволюции инженерно-геологических условий Земли в современ­ную эпоху. Обобщенная характеристика современного этапа, как известно, определяется понятием техногенеза. Техногенез обычно и в первую очередь отождествляется с горно-рудной промышлен­ностью, в значительной мере со строительством и отчасти с сельским хозяйством. При этом активно используются данные, например, ГИ. Хазанова, А.П. Лисицына, С.А. Федотова по со­поставлению объемов формирования извлекаемых полезных ис-

копаемых и вмещающих пород в сравнении с объемами форми­рования вулканогенных пород (60 и 16 км³ соответственно), а также сравнение объема твердого стока рек Земли (~13 км³) и объемов ежегодно формирующихся техногенных грунтов (~43 км³). Эти данные впечатляющи, но они только в оценках по­следних 2—3 столетий, когда в полной мере реализуется техноге-нез. Данные отнесены к одному году, но даже если их распро­странить на 200—300 лет, то в целом они, конечно, превышают и объемы, и, главное, темпы формирования естественных грунтов. Но эти сроки ничтожно малы в геологическом времени, и экст­раполировать их дальнейшее нарастание вряд ли имеет смысл, так как человек уже осознал пагубность такого своего воздейст­вия на геологическую среду и уже пытается темпы «техническо­го» природообразования во всяком случае замедлить. Тем не ме­нее, если к указанным выше объемам техногенных грунтов присовокупить измененные строительством, перемещенные и сельскохозяйственно использованные грунты, то в объемном вы­ражении деятельность человека заведомо оправдывает высказан­ную В. И. Вернадским мысль о соизмеримости ее с главнейши­ми геологическими процессами, пусть даже протекающими на кратчайшем отрезке геологического времени (кстати сказать, че­ловек и живет в этом отрезке).

Рассмотрение техногенеза исключительно как породообразую­щего фактора, а строительства как части техногенеза в виде оро­генеза и (или) денудации может в определенной мере быть соот­несено с эволюцией инженерно-геологических условий. Здесь уместно напомнить, что кроме всего прочего идут активные про­цессы внедрения продуктов человеческой деятельности в виде ву­льгарных загрязнений и более «мягким» путем во все геосферы. На наш взгляд, в настоящее время эволюция инженерно-геоло­гических условий теснейшим образом связана с воздействиями изменяющихся атмосферы, гидросферы и биосферы; последняя развивается в рамках главных жизнеобеспечивающих геосфер (литосферы, гидросферы, атмосферы) с активным воздействием технической деятельности человечества.

Взаимодействие всех геосфер в условиях техногенеза настолько тесное, что вполне уместно говорить о их «соразвитии» или «коэ­волюции». Создаваемая природно-техногенная система пока не развивается коэволюционно с природными геосферами — главны­ми жизнеобеспечивающими геосферными оболочками, и в этом причина экологического кризиса. Изучение коэволюционных из­менений в природной среде под воздействием человека и изме­ненных природных условий (как коакций) на человека, в общем, и есть задача геоэкологии. В то же время носитель всех гео-

сфер — геологические объекты, и человек базируется на геологиче­ской среде в виде природно-техногенных (и строительных) систем исключительно через инженерно-геологические взаимодействия.

В. И. Осипов считает, что объектом геоэкологии являются все геосферные оболочки Земли, что, на наш взгляд, является право­мерным, так как при рассмотрении «строительной системы» не­обходимо учитывать ее взаимодействие не только с геологиче­ской средой. В.И. Осипов, рассматривая предмет геоэкологии, по существу расширяет определение Е.М. Сергеева об инженерной геологии, переводя взаимодействия человека только с геологиче­ской средой к взаимодействию со всеми геосферами, их рацио­нальному использованию и защите человека от нежелательных процессов и явлений. Если вслед за В.Т. Трофимовым рассмот­реть работы других специалистов, например, В.Н. Островского и Л.А. Островского, но взглянуть на них с позиций нашего пред­ставления, окажется, что и в этих работах геоэкология представ­ляется как междисциплинарная наука, рассматривающая человека как фактор развития и в то же время объект защиты его от раз­личных геосферных процессов. В таком контексте инженерная геология может быть представлена как наука, изучающая взаимо­действия «строительных систем» с развивающейся геологической средой.

Все изложенное говорит о наличии коэволюционного разви­тия новой геоэкологической науки и инженерной геологии в ее современном понимании.

Глобальная проблема охраны природной среды затрагивает как все человечество в целом, так и все страны и народы, и может быть решена лишь коллективным разумом и при объединении усилии всех людей на Земле. Это связано с тем, что природные ре­сурсы планеты (атмосфера, гидросфера, флора, фауна) не могут быть разделены государственными границами; этих границ не признают и многие загрязнения. Каждое государство, охраняя сре­ду в своих границах, решает тем самым и глобальные проблемы. В частности, 1 апреля 1996 г. был издан Указ Президента России № 440 «О концепции устойчивого развития Российской Федера­ции», а также Постановлением Правительства РФ была утвержде­на программа по реализации в России Концепции устойчивого развития. На сегодня территория нашей страны достаточно хоро­шо изучена, определены районы острых экологических ситуаций, зоны истощения ресурсов и зоны, которые потенциально могут выступить компенсаторами экологических нарушений. Все это по­зволяет приступить к целенаправленному сосредоточению средств и усилий на природоохранных мероприятиях, на экологизации че­ловеческой деятельности, на восстановлении нарушенных экоси-

стем на всех тех направлениях, которые были приняты на Глобаль­ном экофоруме в Рио-де-Жанейро в 1992 г. и закреплены в его заключительных документах — в «Повестке дня на XXI век», и на дальнейшее развитие, несмотря на проблемность принятых реше­ний в Йоханнесбурге в 2002 г.

Глава 36

УПРАВЛЕНИЕ ОХРАНОЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ, МОНИТОРИНГ И РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ

В строительном деле важнейшей задачей является прогноз возможных нарушений природной среды и выработка рекоменда­ций по их устранению, т. е., иначе говоря, для этого нужна сис­тема управления природными процессами, которые будут сопро­вождать строительство.

Важнейшим управляющим инструментом является норматив­но-правовой механизм, регламентирующий в данном случае гео­экологические аспекты производственной, в том числе строитель­ной, деятельности. Следует отметить, что инженерные изыскания и инженерно-геологические, в частности, относятся к виду строите­льной деятельности и подлежат обязательному лицензированию. В последнее входят как составной элемент — обязательное выполне­ние требований по охране и рекультивации среды при выполнении этих работ (рис. 198).

В России действует единая система государственных стандар­тов в области охраны природы и улучшения использования при­родных ресурсов. В систему стандартов входит ряд документов (в форме ГОСТов): на охрану водных объектов, флоры, фауны, атмо­сферы, а также на защиту почвы от загрязнения и эрозии, рацио-

Р и с. 198. Отработанный

карьер, превращенный

после рекультивации в зону