Инженерно-геологические условия участка строительства по адресу: Санкт-Петербург, г. Сестрорецк, ул. Воскова 2. Корпус 26

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский Государственный Университет Геологический факультет Кафедра инженерной геологии и грунтоведения Выпускная квалификационная работа специалиста Направление 20 300 «Геология»

на тему: «Инженерно-геологические условия участка строительства по адресу:

Санкт-Петербург, г. Сестрорецк, ул. Воскова 2. Корпус 26."

Шестак Яков Александрович Санкт-Петербург 2009 г.

Оглавления Глава 1. Физико-географические условия

1.1 Географическая характеристика района

1.2 Климат

1.3 Гидрография Глава 2. Геологические и гидрогеологические условия

2.1 Геологические условия

2.1.1 История геологического развития

2.1.2 Стратиграфия

2.1.3 Тектоника

2.1.4 Геоморфология

2.2 Гидрогеологические условия Глава 3. Инженерно-геологические условия участка работ

3.1 Физико-географические условия участка работ

3.2 Геолого-литологическое строение территории строительства

3.3 Гидрогеологические условия

3.4 Методика лабораторных работ

3.5 Физико-механических свойства грунтов в зоне влияния проектируемого участка Глава 4. Инженерно-геологические расчеты

4.1 Краткая техническая характеристика проектируемых сооружений

4.2 Расчет устойчивости откоса

4.2.1 Общие сведения

4.2.2 Инженерные методы расчета устойчивости откосов и склонов

4.2.3 Мероприятия по повышению устойчивости откосов и склонов

4.3 Осадка сооружения с использованием расчетной модели

4.3.1 Расчет несущей способности сваи

4.3.2 Расчет осадок методом послойного суммирования

4.4 Расчет крена свайного фундамента Заключение Список литературы

За последнее время в Ленинградской области наблюдается увеличение объемов строительства, с появлением новых технологий, этажность возводимых зданий стала неизбежно расти, что требует более детальной оценки инженерно-геологических условий при проектировании различных сооружений. Поэтому моя выпускная работа посвящена оценке инженерно-геологических условий участка строительства многоэтажного сооружения в городе Сестрорецк.

Работа написана на основании материалов, полученных в процессе производственной практики, проходимой в феврале 2009 года в городе Сестрорецке.

Целью дипломной работы является оценка инженерно-геологических условий территории строительства, которая включает: получение физико-механических характеристик грунтов, выделение инженерно-геологических элементов, построение инженерно-геологических разрезов и произвести инженерно-геологические расчеты, с последующим выводом и рекомендацией для будущего здания.

Глава 1. Физико-географические условия

1.1 Географическая характеристика района Санкт-Петербург расположен на 59°57' северной широты и 30°19' восточной долготы на северо-западе Европейской части страны, в приделах Приневской низменности, на прилегающем к устью р. Нева побережье Невской губы Финского залива и на многочисленных островах Невской дельты. Северо-запад омывается водами Финского залива.

Предглинтовая низменность представляет собой пониженную равнину, сложенную кембрийскими глинами. Абсолютные отметки поверхности ее колеблются от 0 до 30−40м. Основную ее часть занимает так называемая Приневская впадина, охватывающая побережье Финского залива и долину р.Невы. Это хорошо выраженная пониженная равнина с абсолютными отметками от 0.5до 20 м. Вдоль побережья Финского залива прослеживаются две приморские террасы. Первая, расположенная на расстоянии 0.5−1 км от берега, обычно затопляется (дельта р. Невы). Верхняя, возвышающаяся над первой на 4−8м, представляет плоскую равнину шириной 1−5км, с абсолютными отметками бровки 10−15м. Обе террасы местами заболочены. Нижняя терраса сложена песками и супесями, верхняя — ленточными глинами.

Плато, расположенное к югу от глинта, представляет собой возвышенную слабо покатую с запада на восток равнину. Последняя на севере сложена известняками ордовика с маломощным покровом четвертичных отложений и является частью Силурийского плато. Большая часть плато сложена девонскими породами. Самой высокой возвышенностью в пределах плато являются Дудергофские высоты (у ст. Можайская) с абсолютными отметками вершин отдельных холмов до 172 м с относительными превышениями 45−50м.

Глинт, обращенный к северу, сложен известняками ордовика и в основании песчаниками и глинами кембрия. На большей части территории глинт в современном рельефе выражен слабо и представляет пологий скат. Отчетливо в рельефе он прослеживается у г. Красного Села, на водоразделе р. Ижоры и р.Тосны. Высота глинта колеблется от 10 до 30 м, при абсолютных отметках подножия от 25 до 70 м и бровки от 40 до 110 м. При этом в направлении с запада на восток наблюдается уменьшение абсолютных и относительных его высот.

1.2 Климат Участок работ относится ко II климатическому району, IIв подрайону климатического районирования территории России для строительства.

Климат морской, формируется, в основном, под воздействием циклонических воздушных масс, с умеренно-теплым летом, умеренно-холодной зимой и характеризуется неустойчивым режимом погоды. Наибольшее влияние на него оказывают массы воздуха, поступающие с Атлантики. Преобладают ветры западных направлений со среднегодовой скоростью 5,5 м/сек при максимальной 22−29 м/сек. Максимальный скоростной напор ветра на высоте 15 м над землёй повторяемостью 1 раз в 5 лет составляет 21,6 кгс/м², в 10 лет-22,1 кгс/м², в 15 лет- 22,6 кгс/м².

По многолетним наблюдениям, среднегодовая температура воздуха составляет +4,3^оС. Наиболее холодным месяцем является февраль со среднемесячной температурой -8,5^оС и абсолютным минимумом — 45^оС, наиболее теплым является июль со среднемесячной температурой 19^оС и абсолютным максимумом +35^оС.

Продолжительность периода со среднесуточной температурой 0^оС составляет 150 суток.

Количество осадков составляет 750 мм, большая часть которых выпадает с апреля по октябрь. Средняя величина относительной влажности воздуха составляет 75%. С высокой влажностью воздуха связана значительная облачность. Число пасмурных дней составляет летом 50−61%, зимой — 73−84%. В среднем пасмурных дней в году 168−189.

Туманы. Среднее число дней в году с туманами составляет 29 — 73. Максимальное число этих дней изменяется от 53 до 102.

Метели. Наблюдаются с ноября по апрель, иногда в октябре. Среднее число дней с метелью за год составляет от 20 до 34, максимальное число таких дней — от 32 до 57.

Нормативная глубина сезонного промерзания песков, супесей и глинистых грунтов, содержащих прослои и гнезда песчаного материала, в соответствии со СНиП 2.02.01−83 составляет 1.45 м.

1.3 Гидрография Гидрографическая сеть, хорошо развитая в пределах территории, принадлежит бассейну рек, впадающих в Балтийское море. Самой крупной рекой является р. Нева с ее левыми притоками: р. Ижора, р. Тосна, р. Славянка и р. Мга, а также р. Оредеж с притоком Суйдой. Имеется, кроме того, ряд мелких речек, впадающих в Финский залив: р. Стрелка, р. Кикенка, р.Дудергофка. Все эти реки текут с юга на север. Начало свое они берут из родников, расположенных на плато или с заболоченных водоразделов. Русла всех рек имеют незначительное падение. Реки отличаются хорошо выработанными долинами и глубоко врезанными руслами, особенно в местах пересечения ими глинта. Здесь наблюдаются очень высокие, почти отвесные берега (до 15−25м), в которых обнажаются коренные породы (по рр. Тосне, Саблинке, Ижоре, Славянке, Поповке, Войтоловке).

Речные террасы развиты слабо; сплошного распространения они не имеют, чаще всего прослеживается только пойменная терраса, редко на небольших участках 1-я надпойменная и еще реже 2-я надпойменная. Русла рек обычно очень извилисты; поймы, как правило, заболочены.

В описываемом районе имеются небольшие озера площадью до 0.5 км² Дудергофское, Колпанское и Жаровское. Первые два озера питаются подземными водами ордовикских известняков. Глубина озер не превышает 4.5м.

Глава 2. Геологические и гидрогеологические условия

2.1 Геологические условия

2.1.1 История геологического развития Территория Ленинградской области расположена на северо-западе Русской плиты, в пределах южного склона Балтийского щита и западной окраины Московской синеклизы. История ее геологического развития тесно связана с развитием этих крупнейших структур Восточно-Европейской платформы.

Особенности размещения верхнепротерозойских отложений свидетельствует о том, что в период, предшествующий их накоплению, южная окраина Балтийского щита представляла собой приподнятую область, на поверхности которой преобладали процессы субаэрального выветривания, денудации и сноса.

Начало накопления вендских отложений на северо-западе Русской плиты знаменует наступление нового этапа геологического развития, продолжавшегося в кембрийское и более позднее время. В целом этот этап охватывает весь палеозой, мезозой и кайнозой.

Судить о геологической истории за время от нижнего кембрия до четвертичного периода можно только предположительно.

Отложения балтийского комплекса, по видимому существовали на исследуемой территории, но в последствии были размыты. Что касается осадков ордовика то, возможно, что и они имели место на данной территории, так как в соседних районах, развиты морские карбонатные фации ордовика, не указывающие на близость прибрежных фаций, вероятно, распространенных гораздо северо-западнее.

Осадки силурийского бассейнов, возможно, и не отлагались на территории современного перешейка, так как они даже в Прибалтике имеют ограниченное распространение.

В последующее время, от девона до четвертичного периода, Балтийский щит и Северо-Запад Русской платформы, а следовательно, и наша территория испытывали поднятие. Накопления осадков не происходило; данная местность длительное время подвергалась размыву.

Четвертичная история рассматриваемого района тесно связана с гляциоизостатическими явлениями. Так, в ледниковые века эта территория испытывала значительное погружение под влиянием ледниковой нагрузки, в межледниковья же происходили компенсационные поднятия. Об этих колебательных движениях свидетельствует чередование водных осадков (морских и озерных) с моренами.

В настоящее время происходит общий медленный подъем всей территории. Скорость поднятия на севере несколько больше, чем в южных частях, что доказывается деформацией береговых уровней различных трансгрессий.

Судя по отчетливо выраженной террасированности, общее поднятие не было непрерывным.

Поднятия чередовались не только с периодами покоя, но и с периодами опускания.

2.1.2 Стратиграфия Докембрийские кристаллические породы залегают глубоко под толщей палеозойских и четвертичных отложений.

Среди докембрийских образований данного района наиболее широко распространен комплекс нерасчлененных интенсивно метаморфизованных толщ (гнейсы и сланцы), прорванных гранитами. Возраст этих гранитов и гнейсов до настоящего времени остается невыясненным, либо архейскими, либо протерозойским. Выделяемые (также условно) верхнепротерозойские породы, видимо, развиты здесь на небольшой площади.

Архейские и нижнепротерозойские горные породы. Наиболее древние кристаллические горные породы относятся к нерасчлененной толще архейской группы и нижнепротерозойской подгруппы.

Нерасчлененные отложения спорного—архейского или протерозойского—возраста представлены плагиоклазовыми биотитовыми гнейсами, включающими пачки плагиоклазовых биотитовых сланцев, гранато-биотитовых и амфиболитовых порфиробластических полевошпатовых амфиболовых гнейсов. Мощность пачек варьируется в пределах от 1 до 40 м. Эти, вероятно, первично песчанистые, мергелистые, карбонатные и частью, возможно, сигматические породы, на протяжении архейского и протерозойского времени неоднократно испытывали метаморфизм, были мигматизированы и прорваны гранитами, в результате чего приобрели современный облик гнейсов, а на отдельных участках превращены в гранит-мигматиты. Весь комплекс пород сложно дислоцирован, имея общее, северо-восточное простирание. Простирание на крыльях мелких складок изменяется в пределах северных румбов (СЗ 330°—СВ 25—30°).

Верхнепротерозойские горные породы. Верхний протерозой в районе Санкт-Петербурга представлен комплексом морских осадочных пород, ранее относившихся к нижнему кембрию, и делится на два горизонта: гдовский и котлинский (или ламиноритовый).

Гдовский горизонт залегает непосредственно на кристаллическом фундаменте. Терригенные осадки гдовского горизонта перекрыты в восточной части района отложениями котлинского горизонта и четвертичными. Кровля отложений гдовского горизонта понижается на юго-восток. Мощность горизонта в среднем равна 80 м и достигает 100 и более метров. Представлен горизонт конгломератами, гравелитами, песчаниками, аргиллитоподобными глинами.

Котлинский горизонт имеет общий уклон в юго-восточном направлении. Полная мощность горизонта достигает 150 м, а в местах древних размывов она едва превышает 10 м. Залегает горизонт на гдовских песчаниках, а там, где они отсутствуют, — на кристаллическом фундаменте, непосредственно под четвертичными отложениями. Котлинский горизонт представлен толщей слоистых аргиллитоподобных глин зеленоватои голубовато-серого цвета с маломощными прослоями песчаников. В минеральном составе глин преобладают гидрослюды и каолинит. В значительных количествах (до 25%) содержится кварц.

Нижнекембрийские горные породы. Нижний кембрий в районе Санкт-Петербурга представлен двумя свитами: ломоносовской и лонтовасской. Породы нижнего кембрия распространены в основном в южной части территории и залегают на глинах котлинского горизонта непосредственно под четвертичными отложениями или с поверхности.

Ломоносовская свита представлена толщей светло-серых и зеленовато-серых кварцевых песчаников с прослоями голубовато-серых глин. Мощность песчаников не превышает 30 м.

Лонтовасская свита залегает непосредственно под четвертичными отложениями. В южной части территории эти породы выходят на дневную поверхность. Мощность свиты в районе Санкт-Петербурга достигает 60 м. Представлена лонтовасская свита голубоватои зеленовато-серыми тонкослоистыми глинами с редкими маломощными (до 0,25) прослоями светло-серых мелкозернистых песчаников. В минеральном составе глин преобладают гидрослюды с примесью монтмориллонита.

Среднечетвертичные горные породы. К среднечетвертичным образованиям относятся ледниковые, флювиогляциальные и озерно-ледниковые отложения днепровского и московского горизонтов.

Днепровские отложения, как правило, приурочены к понижениям (размывам) в дочетвертичных породах и залегают непосредственно на них. Максимальные мощности (более 40 м) приурочены к размывам в дочетвертичных породах.

Ледниковые отложения представлены суглинками и глинами коричневатои зеленовато-серого цвета с включениями гравия, гальки и валунов кристаллических пород. Реже встречаются обломки и окатыши дочетвертичных песчаников и глин. В минеральном составе песчано-пылеватых фракций преобладают кварц и полевой шпат, а глинистая фракция почти полностью состоит из каолинита.

Флювиогляциальные отложения представлены песками средней крупности, реже мелкими, крупными и гравелистыми с включениями гальки и валунов. По минеральному составу пески кварцевые и полевошпатово-кварцевые.

Озерно-ледниковые отложения представлены тонко-слоистыми пылеватыми суглинками и глинами, реже супесями и однородными песками. По минеральному составу глинистой фракции суглинки и глины гидрослюдистые и монтмориллонитовые. В составе песчано-пылеватых фракций глинистых отложений, а также в песках преобладают кварц и полевой шпат.

Московские отложения в большинстве зафиксированных случаев залегают на дочетвертичных породах и лишь иногда — на размытых флювиогляциальных и озерно-ледниковых отложениях днепровского горизонта. Максимальные их мощности (до 50 м) приурочены к древним размывам в дочетвертичных породах.

Ледниковые отложения представлены пылеватыми суглинками и супесями коричневатой окраски с включениями гравия, гальки и валунов кристаллических пород. В ряде случаев отмечаются обломки и окатыши дочетвертичных осадочных пород. По вещественному составу глинистая фракция полиминеральная. Встречены каолинит, гидрослюды и минералы группы монтмориллонита. Песчано-пылеватые фракции полевошпатово-кварцевые с примесью 10−20% слюд.

Флювиогляциальные отложения маломощны (не более 6−7 м), залегают в понижениях в поверхности московской морены и представлены мелкими и крупными песками полевошпатово-кварцевого состава с прослоями и линзами галечников.

Озерно-ледниковые отложения представлены тонкослоистыми коричневыми глинами, реже пылеватыми суглинками, супесями и песками. Мощность отложений в среднем равна 3 м.

Верхнечетвертичные отложения. К верхнечетвертичным горным породам относится комплекс межледниковых, ледниковых, стадиальных и позднеледниковых отложений.

Микулинский межледниковый горизонт. Микулинские межледниковые отложения залегают на размытой поверхности московского горизонта на различных глубинах.

Морские отложения. Сохранению этих осадков способствовало наличие глубоких депрессий в рельефе палеозойских и докембрийских пород.

Литологический состав описываемых отложении разнообразен. В некоторых местах эта толща состоит из галечников и наслоений гравия или представляет собой сложное переслаивание осадков самого разнообразного гранулометрического состава.

Какой-либо закономерности в распределении осадков различного гранулометрического состава в зависимости от их гипсометрического положения не наблюдается. [9]

Курголовские и верхневолжские (нерасчлененные) стадиальные отложения распространены на территории Санкт-Петербурга почти повсеместно и залегают на микулинских или более древних отложениях. Как правило эти отложения имеют небольшую мощность, в древних размывах и понижениях достигающую 10−20 м. Комплекс представлен озерно-аллювиальными отложениями различного состава — от галечников до глин.

Ледниковые отложения лужской стадии валдайского оледенения развиты повсеместно. В общих чертах лужская морена повторяет рельеф подстилающих грунтов. Мощность ледниковых отложений колеблется в значительных пределах: в депрессиях она значительна и достигает 35−40м, вне депрессий в среднем не превышает 10 м.

Ледниковые отложения лужской стадии представлены суглинками, реже супесями и глинами с включениями гравия, гальки и валунов кристаллических пород различного петрографического состава, с обломками песчаника и отторженцами кембрийской глины.

Флювиогляциальные отложения лужской стадии имеют ограниченное распространение. Встречаются в центральной части района и приурочены к депрессиям в кровле лужской морены. Представлены они песками различной крупности с включениями гравия и гальки. Средняя мощность около 3,5 м.

Охтинские межстадиальные отложения распространены в виде подковообразной полосы, открытой в сторону Финского залива и огибающей приустьевую часть Невы. Представлены супесями, реже песками слоистыми и неслоистыми, иногда ленточными. По генезису это озерно-ледниковые и озерные отложения, залегающие между двумя моренами — лужской и невской — на глубинах до 15 м. Мощность отложений меняется в широких пределах: от 5 — 10 м в восточной и южной частях территории Санкт-Петербурга до 55 м в районе Юкковской возвышенности.

Ледниковые отложения невской стадии валдайского оледенения имеют спорадическое островное распространение и значительную мощность, обычно 2 — 3 м. Залегает невская морена на отложениях охтинского межстадиала и перекрыта отложениями I балтийского ледникового озера. Представлена она супесями, реже суглинками с гравием, галькой и валунами кристаллических пород.

I балтийское ледниковое озеро. Озерно-ледниковые отложения I балтийского ледникового озера распространены весьма широко. Они почти сплошным плащом покрывают лужскую морену, в основном повторяя неровности рельефа. Представлены ленточными, слоистыми, неяснослоистыми и неслоистыми глинистыми отложениями, реже песками различной крупности. Залегают на различных глубинах и отметках. Мощность озерно-ледниковых отложений достигает 19 и более метров, а в среднем она близка к 6 м.

Главным породообразующим минералом в составе песчаных и пылеватых фракций озерно-ледниковых отложений является кварц. В значительных количествах присутствуют слюдистые и рудные минералы.

Отложения I иольдиевого моря представлены супесями и песками различной крупности, реже суглинками и органогенными осадками. Распространены в основном в северной половине города и частично по его восточной окраине. Залегают на различных глубинах до 15 м. Мощность этих отложений достигает 11 — 15 м, а в среднем составляет 3,7 м.

Отложения II балтийского ледникового озера распространены преимущественно в северной половине города. Представлены в основном песками различной крупности и редко глинистыми породами: супесями и суглинками ленточными, слоистыми и не слоистыми. Залегают на сравнительно небольших глубинах (до 10 м) и часто выходят на дневную поверхность. Мощность их невелика, редко достигает 10 м, в среднем она равна 1,5 м. [13]

Новочетвертичные отложения. К новочетвертичным относятся послеледниковые отложения II иольдиевого моря, анцилового озера, литоринового и древнебалтийского морей, а также комплекс современных образований — морские, аллювиальные, болотные и техногенные.

Отложения II иольдиевого моря имеют весьма ограниченное распространение, в основном в северо-западной части района (Лахтинская котловина). Представлены они суглинками, реже супесями пылеватыми серыми с зеленоватым оттенком, с примесью органических остатков и редкими линзами песка. Залегают они на ленточных отложениях или на морене на глубинах от 1,5 до 7 м. Мощность их невелика и в среднем составляет 3 м.

Отложения анцилового озера в виде отдельных пятен встречаются на северо-западе и на юге района, а также в центральной его части. Представлены они песками, супесями и суглинками серыми и темно-серыми с растительными остатками, прослоями торфа, заторфованных супесей и суглинков. Имеют не постоянную и в целом небольшую мощность, равную в среднем 1,8 м.

Отложения литоринового моря распространены довольно широко. Представлены песками различной крупности, супесями и суглинками. Все разновидности, как правило, содержат неравномерно распределенные органические остатки, встречаются гнезда, линзы и прослои торфа. Залегают литориновые отложения в большинстве случаев на ленточных отложениях. С поверхности они перекрыты современными органогенными или техногенными отложениями. Средняя их мощность равна 4,2 м.

Древнебалтийские морские отложения встречены лишь по северному побережью Финского залива, в районе Лахтинской котловины. Представлены песками мелкими и пылеватыми, реже крупными, а также супесями.

Современные морские и аллювиальные отложения имеют ограниченное распространение и незначительную мощность. Морские пески, супеси и суглинки отмечены в районе Лахтинской котловины, на островах в дельте Невы и на дне Финского залива. Аллювиальные пески и супеси встречаются главным образом в русле Невы, а также более мелких рек и ручьях.

Современные болотные отложения приурочены к торфяным массивам, имеющим довольно широкое распространение на исследованной территории. Мощность торфа в отдельных пунктах достигает 6 и более метров, а в среднем она равна 1 м.

Техногенные образования в пределах района Санкт-Петербурга распространены довольно широко. Представлены насыпными, намывными, а также перекопанными местными грунтами. Состав техногенных отложений весьма разнообразен. В основном это песчаные и глинистые грунты с примесью строительного и бытового мусора.

2.1.3 Тектоника О строении кристаллического фундамента рассматриваемой области имеется весьма мало данных. Наличие двух комплексов резко различно метаморфизованных пород позволяет предполагать пока только двух ярусное строение исследуемой области докембрия.

В общем структурно-тектоническом плане рассматриваемый регион, сложенный докембрийскими породами, попадает в пределы Восточно-Финляндской синклинорной структурной зоны протерозойской складчатой области карелид.

Нижний структурный ярус здесь образован наиболее древними сложноскладчатыми толщами биотитовых, гранато-биотитовых и других гнейсов невыясненного архейского или нижнепротерозойского возраста. Эти толщи имеют общее север — северо-восточное простирание и собраны в мелкие складки.

В верхнепротерозойское время, к началу развития протерозойской платформы, рассматриваемая область уже представляла собой жесткий массив, на котором во впадинах формировались, залегая с резким угловым несогласием на породах нижнего яруса, почти горизонтальные толщи верхнего структурного этажа — слабо метаморфизованные песчаники, условно отнесенные к свите хогландия.

Последовавшие за отложениями этой свиты тектонические нарушения и связанные с этим периодом внедрение интрузий, условно относимых к группе гранитов рапакиви, сопровождались расколами кристаллического фундамента. В верхнем ярусе, в песчаниках свиты хогландия, трещины выполнены пегматитом, позднее также брекчированным.

Простирание зон дробления преимущественно северо-восточное, видимо, совпадало с общим направлением движения магматических масс гранитов рапакиви с юго-запада на северо-восток.

После длительного перерыва, фиксирующегося образованием мощной коры выветривания, толщи песчаников и интрузий верхнего протерозоя, как и другие докембрийские породы, были трансгрессивно перекрыты осадками гдовского горизонта венда.

Направление падения гдовского горизонта, определенное по кровле четвертичной пачки, прослеживающейся на большей части территории, совпадает с направлением склона кристаллического фундамента. Абсолютные отметки кровли этой пачки колеблются от +15 на северо-западе и до -102,5 м, на юго-востоке.

Уклон гдовского горизонта, определенный по кровле четвертичной пачки колеблется от 2,0 до 2,45 м на 1 км, т. е. близок к углу наклона кристаллического ложа.

Новейшая тектоника проявилась в формировании крупных впадин. Тектонические движения происходили в миоцене, по аналогии с районами Скандинавии, где с тектоникой этого времени связаны нарушения в залегании третичных отложений.

В настоящее время недостаточно ясен характер нарушений, обусловивших возникновение впадин. Большинством исследователей они квалифицируются как грабены.

2.1.4 Геоморфология В современном рельефе изучаемая территория относится к Приневской низменности. Она представляет собой абразионно-аккумулятивную равнину, ступенчато нисходящую к Финскому заливу и р. Неве. Ширина низменности достигает 35−50 км, а высота ее склонов, имеющих вид крутых уступов, колеблется от 40 до 100 м. Отметки поверхности Приневской низменности не превышают 25−30 м над уровнем моря. Сложена она толщей четвертичных отложений, залегающих на верхнепротерозойских и нижнекембрийских глинах.

Изучаемый район относится к провинции аккумулятивного ледникового и водноледникового рельефа последнего оледенения. Рельеф подавляющей части рассматриваемой территории связан с деятельностью последнего ледникового покрова и претерпел сравнительно незначительные изменения в послеледниковое время. Несомненно, что в течение всего периода существования активного ледника наряду с аккумуляцией имело место и ледниковое выпахивание. Об этом свидетельствуют ледниковые отторженцы — глыбы, достигающие размеров в несколько квадратных км; присутствие валунв местных пород и локальных морен, в котрых содержание палеозойских отложений весьма значительно; очень ограниченное распространение четвертичных осадков довалдайского возраста. Однако, несмотря на то что в настоящее время весьма трудно оценить денудационную деятельность ледника и сравнить ее с аккумулятивной, представляется, что последняя в данном районе превалировала, поскольку рельеф в целом является аккумулятивным.

Рельеф данной провинции сформировался за счет как собственной аккумуляции ледника, так и деятельности его талых вод; при этом не смотря на то что, судя по многочисленным скважинам, в разрезе отложений последнего оледенения преобладает морена, разнообразие форм рельефа связано главным образом с осадками талых ледниковых вод.

Если рассматривать более детально, то изучаемый район относится к Балтийско-Ладожской области проксимальной зоны.

Проксимальная зона — аккумулятивные и абразионные равнины и изолированные аккумулятивные возвышенности.

Рельефу этой территории при всем его разнообразии свойственны следующие общие черты.

· Широкое развитие аккумулятивных озерно-ледниковых равнин.

· Спорадическое распространение холмистого аккумулятивного ледникового и водно-ледникового рельефа в виде обособленных массивов или отдельных гряд, преимущественно радиальных.

· Наличие крупных озерных котловин — Ладожской, Онежской.

Образование рельефа проксимальной зоны связано с регрессивным этапом валдайского оледенения, когда благодаря усиленному таянию льда и наличию «плотины» главного конечно-моренного пояса перед краем ледника образовались обширные региональные водоемы, существовавшие вплоть до полного освобождения территории из-подо льда.

Балтийско-Ладожская область — аккумулятивные террасированные равнины, приуроченные к впадине дочетвертичного рельефа, ограниченного с юга уступом (глинтом).

Указанная область располагается в пределах обширного понижения доледниковой поверхности, характеризуется весьма однородным равнинным рельефом, формирование которого связано главным образом с аккумулятивной деятельностью позднееи послеледниковых водоемов.

Поверхность дочетвертичного субстрата представляет собой денудационную равнину с отметками от 25−30 до 40−50 м, наклоненную к юго-востоку и югу, где она ограничена уступом ордовикской куэсты (глинтом).

Денудационная Балтийско-Ладожская впадина выработана в песчано-глинистых отложениях верхнего протерозоя и нижнего кембрия. Низкое залегание кровли доледниковых отложений, значительная расчлененность подстилающего рельефа способствовали консервации мощной толщи осадков, преимущественно водных: позднеледниковых московских и валдайских образований и т. д.

О происхождении современного рельефа.

Рельеф представляет собой результат длительной геологической истории данной территории и в генетическом отношении, является многоярусным; при этом каждый ярус соответствует определенному периоду рельефообразования.

Довалдайский ярус рельефа является денудационным, в связи с чем время его образования определяется разницей в возрасте пород, слагающих его поверхность (наиболее молодые — карбоновые, пермские) и перекрывающих ее (валдайские).

Поверхность этого яруса, на преобладающей части территории, представляет собой систему куэст, происхождение которых связано с размывом моноклинально падающих палеозойских пород различного литологического состава. Наиболее крупными элементами рельефа является Карбоновое плато, Кембрийская низина, Девонская низина, Ордовикское плато.

Значение денудации, как основного рельефообразующего фактора рассматриваемого периода, сохранились и на его заключительных этапах, связанных с покровными оледенениями; деятельность ледниковых покровов выражалась как в аккумуляции обломочного материала, так и в экзарации подстилающей поверхности, однако последняя в целом преобладала.

Доголоценовый ярус. Формирование этого яруса рельефа связано с ледниковой и водноледниковой аккумуляцией периода максимального развития и отступания валдайского оледенения; таким образом, возраст яруса определяется возрастом слагающих его осадков.

Следует отметить, что ледниковый рельеф рассматриваемой территории является разновозрастным, поскольку связан с различными стадиями валдайского оледенения. [2]

Указанный период характеризуется весьма значительной скоростью рельефообразования. За столь короткий с точки зрения геологической истории промежуток времени был создан мощный ярус рельефа, качественно отличный от предыдущего, как в генетическом отношении, так и по морфологии.

В целом преобразование поверхности первого яруса свелось к заполнению и нивелировке ее отрицательных форм и росту положительных. Поэтому общая амплитуда и орографический план рельефа существенно не изменились, однако значительно возросла мелкая расчлененность последнего за счет холмистых и линейных аккумулятивных образований. Для подавляющей части территории поверхность этого яруса и является современной, так как формирование последнего, третьего яруса рельефа еще находится на первых стадиях своего развития.

Современный ярус рельефа распространен спорадически. Современный рельеф Приневской низменности и прилегающих районов окончательно сформировался во время последнего, валдайского оледенения и последовавших за ним позднеи послеледниковья. Формы рельефа, связанные с более древними оледенениями, перекрыты или уничтожены при наступлении ледников последнего оледенения.

После освобождения Приневской низменности от льдов последнего оледенения дальнейшее формирование рельефа здесь шло под влиянием абразионной и аккумулятивной деятельности водных бассейнов, покрывавших территорию района: приледниковых озер, двух иольдиевых морей, анцилового озера, литоринового и древнебалтийского морей.

Особенности природного ландшафта и его окрестностей связаны с развитыми здесь гидрографической сетью и торфяниками. Главной водной артерией района является р. Нева.

2.2 Гидрогеологические условия

В гидрогеологическом разрезе рассматриваемой территории выделяются следующие основные водоносные горизонты и комплексы:

— первый от поверхности водоносный горизонт;

— межморенный комплекс (в составе верхнего и нижнего межморенных горизонтов);

— ломоносовский горизонт;

— гдовский водоносный горизонт;

Первый от поверхности водоносный горизонт имеет спорадическое распространение и приурочен, в основном, к современным отложениям, залегающим с поверхности, а также к маломощным песчаным прослоям в ленточных глинах и суглинках верхнечетвертичных отложений.

Водовмещающие отложения представлены супесями и песками, преимущественно мелкими и пылеватыми, мощностью до первых метров. Вертикальная фильтрация в прослоях ленточных глин ничтожно мала по сравнению с движением в плановом потоке, преобладающие значения коэффициента фильтрации песчаных прослоев составляет менее 0.1м/сут. В связи с этим, толщу ленточных глинистых отложений на рассматриваемой территории, в целом, допустимо отнести к относительно водоупорной.

Зеркало грунтовых вод залегает на преобладающей глубине 0−0.5 м. Питание грунтовых вод осуществляется за счет атмосферных осадков, разгрузка происходит в реки Неву и Ижору. По химическому составу грунтовые воды пресные, гидрокарбонатного состава. В связи с локальным их распространением на рассматриваемой территории и не перспективностью для целей водоснабжения, фильтрационные свойства и особенности химического состава не изучались.

Режим грунтовых вод — естественный. Амплитуда годовых колебаний составляют 0.4 -1.5 м, уровни устанавливаются на глубине 0.5 -1.0 м.

Межморенный водоносный комплекс приурочен к площади развития системы древних погребённых долин, протягивающихся преимущественно в широтном направлении, и представлен верхним и нижним межморенными горизонтами. Разделяющий межморенные горизонты водоупорный слой московской морены, не выдержан по площади и в разрезе, что обусловливает гидравлическую взаимосвязь горизонтов.

Верхний межморенный водоносный горизонт в пределах рассматриваемой территории залегает на глубинах 15−35 м непосредственно под лужской мореной и подстилается глинистыми образованиями московской морены. Водовмещающие породы, мощностью от первых метров вблизи границ распространения горизонта до 30 м на остальной территории, представлены преимущественно мелкои среднезернистыми песками, с гравийно-галечными включениями, отмечаемыми в подошве водоносного горизонта. Водообильность верхнего межморенного горизонта характеризуется удельными дебитами скважин 2.2−2.8 л/с.

Разгрузка осуществляется в р.Неву. Уровни подземных вод устанавливаются на абсолютных отметках 2−5 м, понижаясь в сторону Невы. Преобладающее направление движения подземного потока с запада-юго-запада на восток-северо-восток.

Нижний межморенный водоносный горизонт залегает на глубинах 80−85м под отложениями московской морены или непосредственно под верхним межморенным горизонтом, подстилается валунными суглинками днепровской морены или нижнекембрийскими глинами. Водовмещающие породы представлены песками различной зернистости, мощностью от первых метров вблизи границ распространения горизонта до 30−35 м в тальвеговой части древних долин. Водообильность горизонта характеризуется удельными дебитами скважин до 6.9−9.4 л/с.

Характерной особенностью химического состава вод всей толщи межморенного комплекса, независимо от глубины, является повышенное содержание железа, составляющее 4.3−9.2 г/дм³.

Ломоносовский водоносный горизонт залегает на глубине 80−90м, представлен песчаниками, иногда песками, с прослоями глин мощностью 10−15м. От вышележащего межморенного водоносного комплекса отделён глинистой толщей нижнекембрийских отложений лонтовасского горизонта; в тальвеге древних долин (где глины полностью размыты) — валунными суглинками днепровской морены. В связи с небольшой мощностью морены (не превышающей первых метров), в пределах узкой полосы переуглублённой части долин наблюдается гидравлическая связь подземных вод межморенного комплекса и ломоносовского горизонта. Это подтверждается увеличением минерализации подземных вод с глубиной. Водообильность водовмещающих отложений весьма низкая, удельные дебиты скважин обычно не превышают сотых долей литра в секунду.

Горизонт напорный, величина напора составляет предположительно 60−70 м. По химическому составу подземные воды хлоридные или хлоридно-гидрокарбонатные, солоноватые с минерализацией 1.7−2.5 г/дм³. В пределах рассматриваемой территории ломоносовский горизонт не имеет практического значения для крупного водоснабжения ввиду небольшой мощности и весьма слабой водообильности.

Гдовский водоносный горизонт. Водовмещающими породами является вся песчано-алевролитовая толща гдовского горизонта, разделяющаяся по литологическим особенностям на три пачки: нижняя — песчано-алевролитовая, средняя — алевролито-глинистая и верхняя — алевролито-песчаная.

Все пачки имеют прослои водоносных песчаников. Наиболее водообильна I пачка, в нижней части которой залегают слабые мелко и тонкозернистые песчаники мощностью от 3,5 до 8,0 м. Вся толща гдовского горизонта трещиноватая.

Кровля гдовского горизонта залегает на глубине 35,0−85м, на абсолютных отметках от плюс 25 м до минус 83 м, понижаясь с северо-запада на юго-восток.

Полная мощность гдовского горизонта изменяется от 64 м до 114 м.

Воды напорные, трещино-порово-пластовые. Величина напора до начала эксплуатации подземных вод в условиях ненарушенного режима изменялась от 80 до 32 м, на абсолютных отметках плюс 5−17м. В настоящее время произошло значительное снижение напоров под влиянием местной эксплуатации и развитие депрессионной воронки со стороны Санкт-Петербурга.

Режим уровней подземных вод определяется преимущественно сезонной их эксплуатацией.

Водообильность гдовского горизонта в исследуемом районе пестрая: удельные дебиты скважин изменяются от 0,1л/сек до 1,2л/сек, преобладают 0,3−0,5л/сек. Наиболее водообильной является Iпачка. Коэффициент водопроводимости изменяется от 30,3 м²/сут до 107 м²/сут.

Питание водоносного горизонта (область создания высоких напоров) находится на Центральной возвышенности Карельского перешейка.

Минерализация вод увеличивается с северо-запада на юго-восток от 240мг/л до 5−6г/л в Санкт-Петербурге. Состав воды меняется от гидрокарбонатного натриевого, хлоридно-гидрокарбонатного натриевого до хлоридного натриевого.

Глава 3. Инженерно-геологические условия участка работ

3.1 Физико-географические условия участка работ Проектируемое здание располагается в пределах территории Сестрорецкого инструментального завода на возвышенном северо-восточном берегу Заводского канала.

Проектируемое здание размещается вблизи бровки крутого склона, у подножья которого протекает Заводской канал с облицованными стенками. В южной части участка канал вплотную подходит к подножью склона, в северной — отступает и здесь канал отделяется от подножья склона наклонной террасой с отметками поверхности 2.5−1м и шириной 10−15м. Подземные воды, выходящие на поверхность у подножья склона, по поверхности террасы стекают к каналу. Парапет канала служит преградой для стекающей воды, и вдоль парапета наблюдаются скопления воды ржавого цвета. На террасе происходит заболачивание. Здесь произрастают болотные растения. Поверхность имеет местами ржавый цвет.

Склон берега крутой, угол наклона — около 30^о. Абсолютные отметки подошвы склона составляют 2.5−3.5м, отметки бровки — около 8 м. Склон покрыт многолетними деревьями — в основном кленом высотой до 10 м. Отметки вершины склона, на которой будет расположен корпус 26, составляют около 10 м., с ровным рельефом с абсолютными отметками 9.32−9.91 м.

Максимальная ширина канала, протекающего вдоль склона — 17 м, отметка уреза воды в канале примерно 1 м. Стенки канала облицованы. Направление течения — на северо-запад. Заводской канал переходит в реку Малая Сестра, впадающую в Финский залив.

Участок размещения проектируемого здания является потенциально опасным относительно проявления склоновых процессов: оползней, сплывов, размыва склона.

Весь склон захламлен отходами производства (бетонные блоки, кирпич, металлоизделия) и бытовым мусором. Дерн на склоне практически отсутствует. В некоторых местах наблюдается незначительный размыв поверхности склона. От оползания и полного размыва склон предохраняют корневая система и крона крупных деревьев. Однако наблюдается наклон отдельных деревьев в сторону падения склона, что свидетельствует о местных подвижках грунтов.

От вершины до подошвы склона грунтовый массив сложен морскими песками с тонкими прослоями супесей в интервале глубин 3−7.5м, перекрытыми слоем насыпных грунтов мощностью 0.5−2.5м. С глубины 3.5−6.5м грунты насыщены водой.

3.2 Геолого-литологическое строение территории строительства

На исследуемой территории было пробурено восемь скважин (№ 1−8) по 30-ть метров, одна (9-я) 20 м. и 10-я скважина 15-ть метров. В пределах глубины бурения (тридцати метров) присутствуют голоценовые и верхнеплейстоценовые отложения. Привязка скважин показана в таблице № 3 голоценовые (современные) техногенные отложения tIV, представленные насыпными грунтами; мощность отложений 0.5−2.5м;

голоценовые (современные) морские отложения mIV, залегающие под техногенными отложениями, представленные в основном переслаивающимися песками, иногда с тонкими прослоями супесей, и гравийными грунтами; с примесью органического вещества, общая мощность морских отложений 3,0−21,0 м;

верхнеплейстоценовые озерно-ледниковые отложения lgIII, залегающие под морскими отложениями, представленные супесями слоистыми, от текучей до пластичной консистенции, мощностью 5,3−10,8 м; с прослоями песков мощностью до 0.5 м;

верхнеплейстоценовые ледниковые отложения gIII, залегающие под озерно-ледниковыми отложениями до глубины 30 м и ниже, представленные суглинками с гравием, галькой до 25% и валунами пройденной мощностью 7,7−11,5 м;

Ниже, в табл. 1 приведена геолого-литологическая характеристика грунтов. За исходное положение грунтов в разрезе принято их напластование по скв. 1.

Таблица 1 Геолого-литологическая характеристика грунтов

3.3 Гидрогеологические условия

Гидрогеологические условия участка характеризуются наличием водоносного горизонта четвертичных отложений. Водоносный горизонт приурочен к морским пескам разной крупности (ИГЭ-2, 3). В период изысканий вскрыт на глубине 3.4−6.5м (абс. отметки 5,8 — 3,0 м). Воды безнапорные.

Максимальная многолетняя амплитуда колебания уровня безнапорного горизонта по данным наблюдений в данном районе равна 1.5м. Максимальные уровни данного горизонта можно ожидать на глубине 2.5м.

Коэффициент фильтрации водовмещающих грунтов в зависимости от гранулометрического состава изменяется от 1 до 50м/сут.

Нижним водоупором безнапорного горизонта служат озерно-ледниковые супеси. Питание безнапорного горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков и утечек из водонесущих коммуникаций.

Общее направление движения подземного потока — на юго-запад в сторону Заводского канала. По всей протяженности подножья склона наблюдается выход подземных вод на поверхность.

По химическому составу воды по анионам хлоридно-гидрокарбонатные, по катионам — натриево-кальцевые, пресные, нейтральные, умеренно жесткие.

Имеются также воды спорадического распространения, приуроченные к прослоям и линзам песков в озерно-ледниковых и ледниковых суглинках и супесях.

В периоды выпадения обильных дождей и интенсивного таяния снега возможно появление верховодки.

3.4 Методика лабораторных работ

Исследования грунтов производились в грунтовых лабораториях в соответствии с нормативными документами. Химический анализ подземных вод выполнялся в химико-аналитической лаборатории.

Определение физико-механических характеристик проводились с учётом: минимум 6 образцов на каждую литологическую разность.

В результате испытания образцов нарушенного сложения установлены следующие физические и механические свойства грунтов:

· естественная влажность (определяемая через разность веса породы до высушивания и после, отнесенная к весу абсолютно-сухой породы) показала у голоценовых (современных) морских песков находящихся выше уровня грунтовых вод в среднем 0,21. По среднему показателю влажности у верхнеплейстоценовых озерно-ледниковых отложений получилось 0,186, а определенная средняя влажность ледниковых составила 0,22.

· Плотность (методом непосредственных измерений, численно равная отношению веса породы к ее объему) составляет: у голоценовых (современных) морских песков в пределах 1,92 и 2,03 г/см³. У верхнеплейстоценовых озерно-ледниковых отложений по среднему показателю влажности получилось 2,15 г/см³, а у верхнеплейстоценовых ледниковых отложений определенная средняя влажность составила 2,18 г/см³.

· пределы пластичности на границе текучести (метод балансирного конуса) и на границе раскатывания (метод раскатывания породы в проволоку), значения, соответственно, были определенны только для верхнеплейстоценовых озерно-ледниковых и ледниковых.

· определение характерных влажностей и консистенции глинистого грунта.

Свойства глинистого грунта в первую очередь зависят от его минералогического, гранулометрического состава и от влажности. С изменением влажности меняется и его состояние (консистенция). Глинистый грунт может находиться в твердом, пластичном или текучем состояниях. Границами между состояниями грунта, именуемыми пределами консистенции, являются характерные значения влажности: нижний предел — граница раскатывания и верхний предел — граница текучести. Граница раскатывания — это влажность, при увеличении которой грунт переходит из твердого состояния в пластичное, а граница текучести — это влажность, при увеличении которой грунт переходит из пластичного состояния в текучее.

· число пластичности глинистой породы определяют по разности между влажностями, соответствующими пределу текучести и пределу пластичности

· гранулометрический состав ситовым методом (с помощью специального набора сит рассеивают на отдельные фракции, после этого определяют вес и процентное содержание в ней каждой фракции).

Гранулометрический состав ситовым методом был применен к современным отложениям морского происхождения. Был определен коэффициент неоднородности который варьирует от 3,89 до 8,20, значения свидетельствуют что пески являются неоднородными.

Помимо выше написанных характеристик определялись и другие

Так же были определены механические свойства грунтов.

Определение прочностных характеристик проводил на сдвиговых приборах ВСВ-25 конструкции «Гидропроекта» (рис 1) на образцах с ненарушенной структурой (монолитах). При исследовании прочностных характеристик испытания пород проходят по схеме быстрого сдвига (неконсолидированно-недренированный сдвиг) без предварительного уплотнения — при уплотняющих нагрузках, соизмеримых с весом сооружений. [4]

Рис 1. 1 — грунт в подвижном кольце; 2 — грунт в неподвижном кольце; 3 — рабочее кольцо; 4 — срезная каретка; 5 — корпус прибора; 6 — боковой штамп; 7 — опорная плита; 8 — динамометр

Сопротивление грунтов сдвигу является их важнейшим прочностным показателем. Оно необходимо для расчета устойчивости и прочности оснований, оценки устойчивости откосов, расчета давления грунтов на подпорные стенки и других инженерных расчетов.

Разрушение грунта основания под фундаментом сооружения наступает, если действующие здесь касательные напряжения превышают сопротивление грунта сдвигу.

Разрушение проявляется в виде скольжения (сдвига) грунтовых агрегатов или отдельных частиц относительно друг друга. Сопротивление грунта сдвигу обусловливается силами трения и сцепления (связности). И хотя четкого разделения сопротивления сдвигу на силы трения и сцепления не существует, прочностными (сдвиговыми) характеристиками грунта являются: удельное сцепление С (кПа), и угол внутреннего трения? (град).