В.Ф.Попов, О.Н.Толстихин
Геоэкологическиепроблемы городов весьма разнообразны и определяются, с одной стороны, природнойобстановкой и с другой — планировочными решениями и их реализацией в застройкеи эксплуатации городских территорий. Также правомерно говорить о некоторыхобщих тенденциях изменения геоэкологической обстановки природной территории, помере ее трансформации кварталами городской застройки и частными воздействиями,свойственных только тем или иным природным условиям застройки, тому или иномугороду.
Вкачестве наиболее общих тенденций изменения геоэкологических условий можнорассмотреть следующие композиции. Изменение водного баланса между поверхностными,грунтовыми и глубокими подземными водами. Наиболее обычным его следствиемявляется повышение уровня грунтовых вод, вызываемое двумя однонаправленнымипроцессами. Заменой естественного почвенного покрова застроенными изаасфальтированными территориями, что практически исключает из водного балансаиспарение с поверхности почвы и протечки водопроводных и канализационныхсистем, круглогодично обеспечивающие возможность восполнения ресурсов грунтовыхвод. Оба эти обстоятельства, в сочетании с планировкой территории, полной иличастичной ликвидации естественных дрен, приводят к подъему зеркала грунтовыхвод, подтапливанию оснований и фундаментов зданий и сооружений, снижениюнесущей способности грунтов основания и, как следствие, деформация, а вкритических ситуациях — разрушение зданий и сооружений.
Вслучаях, когда на территории города производится промышленная эксплуатацияглубоких горизонтов подземных вод и возникает адекватная депрессионная воронка,при условии постоянного восполнения грунтового водоносного горизонта, о чемсказано выше, усиливается инфильтрация грунтовых вод в глубокие горизонты. Этотпроцесс активизации вертикального движения подземных вод сопровождаетсяразвитием процессов суффозии (выноса тонкоземистого материала) или карста(растворения и выщелачивания карбонатного материала известняков с образованиемкарстовых полостей). Нечто подобное наблюдается, в частности, на северозападеМосквы, где обнаружены новые горизонты карстования в карбонатных породахкарбона, а карстовые полости распространились местами к самой застроеннойповерхности города.
Изменениетеплового баланса вызванное совокупностью многих причин, включая изменениеальбедо подстилающей поверхности, представленной на преобладаюющей площадиасфальтовыми покрытиями и кровлями зданий, степени ее освещенности изатененности в условиях многоэтажной застройки, сбросом тепла ГРЭС, ЦЭС,транспорта, зданий, канализационных стоков и горячей воды при протечках всистемах теплоснабжения. И, как следствие —
Изменениетемпературного режима подземного пространства в основании города вследствиеизменения теплового баланса поверхности и непосредственного влияния зданий,сооружений и городских коммуникаций. В частности, геотермическая аномалияпорядка +15С0 сформировалась в основании Москвы, а повышенная температураподземных вод в пределах этой аномалии способствует еще большей активизацииглубинных карстовых процессов и усугубляет без того сложное положение сэксплуатацией зданий и сооружений на северо-западе столицы.
Изменениегеодинамической ситуации, вызванное дополнительной, и притом неравномернойпригрузкой поверхности за счет привнесенных масс материалов строительныхконструкций, в пределах территории города. Этот фактор дополнительной пригрузкиможет сопровождаться также одновременной откачкой подземных вод, в случае ихиспользовании для питьевых или технических целей. Как следствие на фоне общегоопускания поверхности городов (под действием изостатических сил и изъятияподземных вод из порового пространства горных пород основания города),активизируются местные, очаговые оползневые и солифлюкционные процессыспособные в условиях городской застройки привести к деформации зданий, икоммуникаций.
Загрязнениеподземного пространства и содержащихся там водоносных горизонтов за счетинфильтрации вод с поверхности улиц и дворов, протечек через неплотностиконструкций дренажных канав и канализационных систем, просачивания атмосферныхосадков через свалки твердого мусора.
Особоговнимания заслуживает развитие неблагоприятной инженерно-экологической ситуациигородов и поселков, расположенных в мерзлотных условиях. Криогенныегеологические процессы, развивающиеся в подобных условиях могут быть наиболееобстоятельно рассмотрены на примере Якутска — города, заложенного ипостроенного в крайне сложной геокриологической обстановке.
Якутскрасположен на поверхности аккумулятивных надпойменных террас реки Лены,сложенных супесчаными и суглинистыми мерзлыми (многолетнемерзлыми) породами,имеющими постоянную температуратуру порядка -40С. и содержащими в своем составелед в форме основного цемента, а также шлировых выделений, ледяных линз ивертикальных клиньев (так называемых повторно-жильных льдов). Над мерзлымипородами располагается сезонноталый слой (слой сезонного оттаивания), глубинакоторого от поверхности измеряется несколькими десятками сантиметров — первымиметрами, в зависимости от состава грунтов, экспозиции склонов, условийобводненности (дренированности). В естественных условиях она определяетсяприродными неровностями рельефа, в частности — впадинами озерно-старичной сети,расчленяющей поверхность террас и обеспечивавшими тем самым дренированиесезонно-талого слоя. Застройка города и связанная с этим обстоятельствомперепланировка поверхности и коренное изменение водного баланса вызвала к жизницелый комплекс геокриологических процессов, последствия которых существенноосложняют условия строительства и, главное, надежность эксплуатации ужевыстроенных зданий и комфортность проживания во многих из них. В частности:
Организациякварталов, ограниченных улицами привела к тому, что под улицами на которых либоубирается зимой снег, либо уплотняется транспортом, процессы охлаждения недрусиливается в сравнении с внутриквартальным пространством. В результатеповерхность мерзлых пород по периферии кварталов становится приподнятойотносительно внутриквартальной, а все внутриквартальное пространствооказывается отрезанным от природных дрен. При отсутсивии искусственного дренажаили неадекватной его эксплуатации возникают условия, способствующие подтоплениюсезонноталого слоя внутриквартальных территорий со всеми расположенными тамзданиями. Этому подтоплению способствуют протечки водопроводно-канализационныхсистем, поставляющих на территорию города и каждого его квартала дополнительныек осадкам количество влаги.
Постройказданий, особенно повышенной этажности, приводит к изменению условий инсоляцииповерхности и, как следствие, контрастированию температурных условий подземногопространства — относительному понижению отрицательных температур в пределахзатененной поверхности и ее повышению под освещенной. В результате изменитьсясвойства и несущая способность мерзлых пород основания зданий и сооружений, чтов критических случаях может привести к деформации строительных конструкций.
Перепланировкаповерхности, необходимая для организации городской территории, в частности — подсыпска грунта в основание строящихся зданий и сооружений в сочетании спротечками воды из технических этажей, водопроводов и канализационных системтакже способствует подтоплению ранее построенных домов, дворов и даже уличныхпроездов.
Систематическоеподтопление внутриквартальных территорий, включая грунты основанийрасположенных там зданий и сооружений, приводит, в свою очередь, к повышениютемператур грунтов основания и их переходу из мерзлого состояния в талое, либоиз прочномерзлого в вяломерзлое. В первом случае, если строительство велось попервому принципу — с сохранением грунтов основания в мерзлом состоянии,деформации здания, вплоть до его разрушения неизбежны, во втором — их вероятностьсущественно возрастает.
Нарушениегеохимического баланса поверхности, грунтов основания и конструкций зданий исооружений — еще один геоэкологический процесс, происходящий в экстремальныхклиматических условиях севера и оказывающий решающее влияние на длительнуюустойчивости надземных строительных конструкций. Его суть состоит в том, что вусловиях Центральной Якутии на территории которой испаряемость существеннопревышает количество осадков, при устойчивом подтоплении внутриквартальныхтерриторий и отсутствии дренажа надмерзлотных вод, удаление какой то частиизлишней влаги с поверхности и из грунтов сезонноталого слоя происходит врезультате ее испарения. Испарение, в свою очередь, приводит кпоследовательному и непрерывному возрастанию минерализации надмерзлотных вод.Однако известно, что чем выше минерализация воды, тем более низкие температурыпотребны для ее замерзания. Следствие этого процесса — сохранение остаточныхили формирование новых линз жидкой воды, имеющей отрицательную температуру,существующих круглогодично. Такие отрицательнотемпературные воды получилиназвание криопэги от латинского криос — холод, и пэги — воды.
Вусловиях переменных температур грунтов верхней части геологического разреза, аамплитуда их температур в Центральной Якутии приближается к 100 Со,минерализация воды в таких линзах не остается постоянной но меняется, возрастаяпри ее охлаждении и понижаясь при повышении температуры воды. Адекватноменяются и объемы линзы криопэгов — часть воды при понижении ее температурызамерзает, отдавая часть растворенных солей остающейся влаги, для того, чтобыпри повышении температуры вновь произошло оттаивание очередных порцийнадмерзлотных вод или грунтового льда-цемента. В результате такой«гармоники» температур и объемов воды, линзы криопэгов мигрируют вподземном пространстве в направлениях более высоких относительных температур иболее льдистых грунтов. Подобная миграция линз криопэгов в случае, если линзапереместится в основание здания может привести к деформации фундамента и самогоздания.
Физико-химическоевыветривание, известное из школьных учебников — еще один реальный геологическийпроцесс, существенно осложняющий эксплуатацию зданий и сооружений. Его суть, вконкретных условиях северного города, сводится к следующему. В результатенедостаточной гидроизоляции от надмерзлотных вод стен зданий, построенных изкирпича, шлакоблоков и других подобных строительных материалов, происходиткапиллярное подтягивание влаги к рантбалке и далее в материал стены. Врезультате понижения — повышения температур по сезонам года, в дневное и ночноевремя, происходит протаивание-промерзание этой воды, причем в областиотрицательных температур. При замерзании капиллярной влаги часть растворенных вней солей, в первую очередь — гидрокарбонатов кальция и магния, переходит внерастворимый осадок. Агрессивность воды по отношению к бетону возрастает, чтоприводит к растворению уже новых порций материала конструкции. Этот процесспроисходит на фоне непрерывного замерзания-оттаивания воды в порах конструкционныхматериалов, сопровождается эффектом отслоения какой то их части, вплоть дополного разрушения стены, реже части рантбалки или свайного основания.
Однакогеохимические процессы, в сочетании с промерзанием-протаиванием грунтов,воздействуют не только на здания и сооружения, но также и на подземныекоммуникации — электрические и телефонные кабели, водопроводные иканализционные сети. Высочайшая агрессивность надмерзлотных вод по отношению кбетону и металлу вызывает коррозию железных и стальных труб, изоляции кабелей,а растягивающие усилия, возникающие в результате смерзания линейных подземныхконструкций с грунтом и понижения температур последнего зимой, приводит кморозному растрескиванию грунтов и разрыву конструкций в зоне такогорастрескивания.
Выпучиваниедеревянных свайных оснований старого города — еще один геологический процесс,существенно влияющий на состояние дорожного полотна и тротуаров, приводящий кнарушению балластной подушки и асфальтового покрытия. Его возникновение такжесвязано с изменением воднотеплового баланса грунтов основания дороги.
Таковкомплекс инженерных геоэкологических процессов существенно осложняющихстроительство и, в особенности, эксплуатацию зданий, сооружений и инженерныхкоммуникаций, приводящий к высокой их аварийности, многократно увеличивающийассигнования, потребные на ремонтно-восстановительные работы.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.sitc.ru/