ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СПЕЦИФИЧЕСКИХ ГРУНТОВ КРИОЛИТОЗОНЫ НА ПРИМЕРЕ НЕФТЯНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ТРЕБСА И ТИТОВА (ТИМАНО-ПЕЧОРСКАЯ ПРОВИНЦИЯ)

Введение

Криолитозона – это территория, на которой распространены мерзлые, морозные и охлажденные породы. Основные исследования исследований в области геокриологии были начаты в СССР в 1927 году и связаны с именем М.И. Сумгина, а затем огромный вклад внесли ученые – Н.И. Толстихин, В.А. Кудрявцев, П.А. Шумский, И.Я. Баранов, А.И. Попов и другие [1, с. 36].

Проведение инженерно-геологических изысканий в пределах криолитозоны требует тщательного подхода, потому как развитие многолетнемерзлых пород может приводить к возникновению деформации сооружений, провалам дорог и т.д. [2, с. 10].

В данной статье представлены результаты инженерно-геологических исследований на месторождении Требса и Титова. Участок работ расположен за северным Полярным кругом в Ненецком автономном округе (рис. 1).

Рисунок 1. Обзорная карта месторождения Требса и А.Титова

Целью работы является изучение специфических грунтов в районе развития криолитозоны на примере месторождения Требса и Титова. Объектом инженерно-геологических изысканий выступают специфические грунты (многолетнемерзлые, органические (торф) и засолённые), залегающие на глубине около 20 м. Для достижения цели поставлены задачи – охарактеризовать специфические грунты и разработать методы защиты от негативных последствий криогенных процессов в соответствии с новыми нормативными требованиями.

Характеристика грунтов

Район исследования характеризуется развитием следующих специфических грунтов – многолетнемерзлые, органические (торф) и засолённые. Ниже представлена подробная характеристика:

Многолетнемерзлые грунты в пределах территории, преимущественно развиты под слоем сезонного протаивания («сливающаяся мерзлота»), имеют повсеместное распространение, нарушаемого с поверхности «щелями» и «окнами» таликов. Нижний слой криолитозоны, согласно фондовым работам, залегает в интервале глубин от 90-140 м до 300-350 м.

Торфяные образования (рис. 2) широко развиты на исследуемой территории. Мощность торфа варьирует от 0,3 до 2,3 м.

Рисунок 2. Разрез мерзлого торфа. Фото автора

По харктеру передвижения строительной техники, болота поделены на два типа:

1. Болота, целиком заполненные торфом, допускающие работу и неоднократное передвижение болотной техники с удельным давлением 0,02-0,03 МПа (0,2-0,3 кгс/см²) или работу обычной техники с помощью щитов, сланей или дорог, обеспечивающих снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,02 МПа (0,2 кгс/см²);
2. Болота, целиком заполненные торфом, а также условно ко второму типу отнесены слабые грунты с включениями торфа, заторфованные от текучей до мягкопластичной консистенции допускающие работу и передвижение строительной техники только по щитам, сланям или дорогам, обеспечивающим снижение удельного давления на поверхность залежи до 0,01 МПа (0,1 кгс/см²).

Засоленные грунты – по результатам анализа водных вытяжек по степени засоленности (Dsal) многолетнемерзлые пески, реже суглинки и глины являются слабозасоленными. Степень засоленности грунтов по элементам приведена в таблице.

Таблица – Степень засоленности грунтов

Опасные инженерно-геологические процессы в криолитозоне

В пределах участка изысканий развиты процессы заболачивания, термокарста, морозного пучения (грунты деятельного слоя являются повсеместно пучинистыми) и обводнения (в период оттаивания деятельного слоя июнь-сентябрь ожидается поднятие грунтовых вод – до дневной поверхности).

Зоны развития термокарстовых образований приурочены к торфяникам, т.к. органические грунты имеют специфические особенности:

– малая прочность и большая сжимаемость с длительной консолидацией при уплотнении;

– существенное изменение деформационных и прочностных свойств при нарушении их естественного сложения, а также под воздействием динамических и статических нагрузок;

– анизотропия прочностных и деформационных характеристик.

Поэтому в инженерно-геологическом отношении торф крайне неблагоприятен.

Среди древних термокарстовых форм выделены термокарстовые озера, хасыреи, котловины. Современные термокарстовые формы характеризуются плоско-западинными и полигональными формами.

Их формирование связано с увеличением глубины сезонного оттаивания (при отрицательной среднегодовой температуре грунтов) вследствие локального изменения условий теплообмена в системе грунт – атмосфера. Изменения связаны с нарушением или удалением мохово-лишайникового слоя, неравномерным приростом торфа, увеличением мощности снежного покрова, заболачиванием и обводненностью территории.

В качестве инженерной защиты от термокарста применяют мероприятия, не допускающие или частично допускающие протаивание льдистых горизонтов грунтовой толщи: сохранение напочвенных растительных покровов; отсыпка территории слоем песчаного или гравийно-песчаного грунта; укладка на поверхности грунта теплоизоляционных покрытий (тепловых экранов); устройство охлаждающих систем из труб вертикального и горизонтального заложения; создание вентилируемых подполий при строительстве зданий и сооружений со значительным тепловыделением; регулирование стока поверхностных вод; проектирование свайных фундаментов, устойчивых к локальному (затухающему) развитию термокарста.

Криогенное пучение проявляется в естественных условиях в виде сезонных и многолетних бугров пучения. Сезонные бугры пучения приурочены к долинам ручьев и малых рек, к логам, нижним частям склонов и хасыреям (осушенным озерным котловинам), т.е. к тем элементам рельефа, где имеются несквозные и сквозные талики. Высота этих бугров до 1 м, поперечник – до 5 м. В основном они представлены кочкарником высотой до 0,5 и в поперечнике 1-2 м Многолетние бугры пучения, преимущественно торфяные, встречаются в хасыреях, высота их до 3 м.

Потенциальная опасность криогенного пучения в районе работ очень высока, что связано с высоким содержанием пылеватых фракций в приповерхностных горизонтах грунтов (пылеватые пески, супеси, суглинки). Техногенная нагрузка в этих условиях приведет к активизации криогенного пучения. В этих условиях чрезвычайно важно учитывать соотношение выпучивающих сил в верхней части разреза (слой сезонного промерзания-оттаивания) и удерживающих сил в нижней части проектируемых колодцев.

Среди противопучинных мероприятий выделяют: инженерно-мелиоративные (тепломелиорация и гидромелиорация); конструктивные; физико-химические (гидрофобизация грунтов, добавки полимеров, засоление и др.) и комбинированные. Стоит отметить, что назначение противопучинистых мероприятий происходит в том случае, если устойчивость сооружения, рассчитанная на действие сил морозного пучения, не обеспечивается нагрузкой от сооружения и силами заанкеривания фундамента в талых или мерзлых грунтах.

Территория находится в подтопленном состоянии в природных условиях, тип участка – сезонно ежегодно подтапливаемые. Мероприятия по защите от подтопления включают локальную защиту зданий, сооружений, грунтов оснований, так и (при необходимости) защиту всей территории в целом. В комплекс защитных сооружений необходимо включать дренажи и организацию поверхностного стока, а также системы водоотведения и утилизации (при необходимости очистки) дренажных вод.

Заключение

В ходе проведения инженерно-геологических изысканий было установлено, что для района исследования характерны специфические грунты – многолетнемерзлые, органические (торф) и засолённые.

На участке изысканий развиты опасные геологические процессы – заболачивания, термокарста, морозного пучения (грунты деятельного слоя являются повсеместно пучинистыми) и обводнения (в период оттаивания деятельного слоя июнь-сентябрь ожидается поднятие грунтовых вод – до дневной поверхности). Изученная территория находится в подтопленном состоянии в природных условиях, а по типу относится к сезонно ежегодно подтапливаемой. В статье даны рекомендации по нейтрализации или минимизации перечисленных опасных процессов в соответствии с последним сводом правил по инженерной защите территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов.

Изучение характеристик пород в криолитозоне крайне важно при проведении инженерно-геологических изысканий. Их развитие приводит к различным негативным последствиям – выпучивание свай и опор, деформация сооружений, провалы и т.д. Поэтому необходимо вести учёт распространения, состава, строения, льдистости, а также динамики климата для разработки методов защиты от негативных последствий криогенных процессов [3 с. 20].

1. Ершов Э.Д. Общая геокриология: Учебник. М.: МГУ, 2002. 682 с
2. Козлов К.Г. Экзогенные процессы рельефообразования, развитые на территории Амурской области. Наледи // Вестник АМГУ. 2010 г. Вып. 49.
3. Некрасов Н.А. Наледи восточной части Станового нагорья: Сб. «Наледи Сибири». М.: Наука, 1969. С. 16-30.

Все статьи автора «Кильсинбаев Риф Амирович»