Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН
Геотехнический анализ возможности развития глубоких оползневых подвижек на участке храма Троицы Живоначальной в Хорошево.
Казеев А.И., Постоев Г.П., Лапочкин Б.К. // Природные условия строительства и сохранения храмов Православной Руси: Тр. 4-го Междунар. научн.-практич. Симп. -2010. Читать…
!!! При КОПИРОВАНИИ материалов статей — НЕОБХОДИМО ИСПОЛЬЗОВАТЬ библиографические ССЫЛКИ на Статьи !!!
Известно [1, 2], что глубокими блоковыми оползнями поражены ряд участков высоких берегов р. Москвы. Наиболее значительными среди них являются Воробьевы Горы (протяжение оползневого цирка 3,5 км, глубина развития деформаций до 100 м) и Коломенское с общим протяжением участка от церкви Вознесения до завода Полиметаллов и глубиной развития деформаций 54-60 м. Несколько меньшие, но тоже значительные размеры имеет участок Хорошево где располагается храм и постройки храма Троицы Живоначальной — древнего памятника архитектуры и религии (ХVI век).
В настоящее время в связи с активизацией обширных оползневых процессов на берегу р. Москвы в районе Хорошево в конце 2006 г. начались деформации грунтового массива, являющегося основанием ряда малоэтажных домов-коттеджей, а также Храма и его построек (рис. 1). Трещины образовались как на территории Храма, так и в районе локализации комплекса близ расположенных жилых зданий.
Рис. 1. Стенка срыва на территории храма Троицы Живоначальной в Хорошево (г. Москва).
Новый оползневой блок образовался в верхней части склона и имеет протяженность около 280 м. Из них 180 м приходится на прибровочную часть плато.
Деформации захватили правую часть старого оползневого цирка общей протяженностью 1,5 км, находящегося в излучине р. Москвы между Хорошевским и Карамышевским мостами, на левом высоком берегу реки.
Натурные наблюдения показали, что по трещине закола на плато образовалась и стремительно растет отвесная стенка срыва. Поверхность нового оползневого блока ровная, практически без трещин. Под оседающим блоком образовался характерный для данного механизма развития оползня вал выпирания (выдавливания) с проявлением на его поверхности многочисленных трещин разрыва и наклоном деревьев. Ниже вала выпирания появилась поднятая трещина сжатия. На поверхности оползневой террасы местами появились волосяные трещины незначительной протяженности.
Исследованиями Института геоэкологии РАН установлено, что на данном участке произошла активизация оползневого процесса в старом оползневом цирке Хорошево-1 в виде основного (катастрофического) смещения глубокого оползня с образованием и оседанием нового оползневого блока, с выходом крутой криволинейной поверхности скольжения нового блока на глубокую унаследованную субгоризонтальную поверхность смещения под старым оползневым телом. Эта поверхность располагается в слое юрских глин (оксфордский ярус).
Установлено, что высота надоползневого уступа на момент активизации оползневого процесса достигла критического значения (Нcr). Высота склона на активизировавшемся участке составляет 18,5-24,0 м, а его ширина достигает 70 м (рис. 2).
В течение нескольких десятков лет рассматриваемый участок находился в состоянии относительной стабилизации и характеризовался практически полным отсутствием деформаций. При этом высота надоползневого уступа на значительном притяжении цирка, в том числе на участке активизации, соответственно составляла 13,5…19,0 м при высоте склона (превышение бровки склона над урезом р. Москвы), как указывалось выше, 18,5-24,0 м.
Глубокий оползень формируется по механизму сжатия, раздавливания [3, 4]. Начальные деформации массива в допредельном деформировании (до образования поверхности скольжения) происходят в виде преимущественной осадки грунтовой толщи.
Под действием нагрузки от веса покрывающих пластов деформируется, раздавливается горизонт, структурная прочность которого меньше действующего вертикального давления.
Рис. 2. Разрез оползневого склона по центральной части участка активизации деформаций в 2006 – 2007 гг. в Хорошево, г. Москва, Карамышевская набережная. 1, 2 – юрские глины соответственно оксфордского и волжского ярусов; 3 и 4 – покровные отложения соответственно суглинки и пески.
В предельных условиях (вблизи нестабильного склона) в слое, находящемся в состоянии запредельного гравитационного сжатия, горизонтальное распорное давление, возникшее от сжимающей нагрузки, не находит реактивного противодействия со стороны склона. Вследствие ползучести грунтов раздавливаемого горизонта в сторону склона происходит проседание и прогиб вышележащего массива с формированием в зонах изгиба концентрации растягивающих напряжений, и затем развития соответствующих деформаций в виде трещин разрыва.
По одной из них (или двум) в фазу основного смещения отделяется с последующим оседанием по крутой криволинейной поверхности скольжения новый оползневой блок. В существующем в настоящее время оползневом цирке новый оползневой блок формируется в теле надоползневого уступа. Крутая криволинейная поверхность скольжения плавно переходит в практически горизонтальную унаследованную поверхность сдвига существующего оползневого тела.
При захвате оползнем и подводной части склона в катастрофическую фазу в прибрежной зоне формируется вал выдавливания, образуя иногда остров в пределах смещенных оползневых блоков.
Такого типа оползни широко известны как оползни одесского типа под наименованием оползни выдавливания (раздавливания – по Е. П. Емельяновой). Поскольку формирование их происходит по схеме сжатия они могут носить название оползни сжатия или оползни сжатия-выдавливания.
В соответствии с механизмом формирования оползня рассматриваемого типа геотехническим признаком возможности развития деформаций участка является сопоставление структурной прочности (σстр.) грунта и бытового (вертикального) давления (Рб) в массиве на рассматриваемый горизонт:
σстр = 2с tg(45+φ/2) (1)
где с — сцепление грунта в кПа; φ — угол внутреннего трения грунта в град.
Рб = γh, (2)
где γ – удельный вес грунта, т/м3; h – глубина до рассматриваемого горизонта грунтовой толщи.
В ситуации, когда Рб > σстр , то глубокое деформирование грунтового массива вблизи склона возможно.
Что касается вопроса развития оползней данного типа, то целесообразно отметить следующее.
Во-первых, тело оползня состоит из отдельных блоков, отделившихся в разное время от коренного массива. Причем, каждый из блоков кроме поступательного перемещения по основной горизонтальной поверхности скольжения может испытывать вращательное движение с формированием перед блоком вала выпирания. В катастрофическую фазу (стадия основного смещения) вал сжатия (выдавливания), как правило, образуется в языковой части оползневого тела.
Во-вторых, в существующем оползневом цирке устойчивость надоползневого уступа (прибровочной части плато) будет сохраняться пока пригрузка от тыловой части оползневого тела будет достаточной, чтобы обеспечить необходимое боковое противодавление для предотвращения деформаций распора раздавливаемому горизонту массива надоползневого уступа. Описанное является критерием устойчивости надоползневого уступа.
Используя опыт аналогичных исследовательских работ на объектах-аналогах, определено значение критической высоты (стенки срыва оползня) надоползневого уступа для Одесского побережья Черного моря [3] и Бердянского побережья Азовского моря [6]. В частности, в последней публикации указывается, что при высоте оползневых склонов от 15-20 м до 44-49 м получена следующая зависимость критической высоты надоползневого уступа от высоты склона:
Нcr = 4,6 + 0,5Н , (3)
где Н — высота склона.
То есть при сходных региональных условиях залегания основного деформирующегося горизонта имеем, что чем больше высота склона, тем потребуется большая пригрузка для обеспечения устойчивости надоползневого уступа (при высотах склона 15 и 50 м Нcr. составит соответственно 81 и 59% от Н).
Необходимым требованием формирования и развития глубокого оползня рассматриваемого типа являются одинаковые условия по воздействию факторов и состоянию склона на значительном его протяжении – условие фронтальности. Как правило, протяженность оползневого цирка, сформированного оползнями данного типа, значительно превышают его ширину. Так, на Одесском побережье протяжение оползневого цирка по фронту в отношении к длинам отчленяющихся блоков изменяются от 1,8 до 13,9 м [7].
Следует отметить, что катастрофическая фаза развития оползня с формированием и оседанием нового оползневого блока – событие относительно редкое. Стадия подготовки этого события в условиях г. Москвы составляет около 100 лет и более.
Для участка храма Троицы Живоначальной в Хорошево (объекту исследований) установлено, используя выражение (3), что
Нcr = 13,8 м при Н = 18,5 м и Нcr = 16,6 м при Н = 24,0 м.
То есть фактическая высота надоползневого уступа даже превышает критическое значение, определяя, что его устойчивость ниже предельного значения.
Более точно критическое значение высоты надоползневого уступа (16 м) для створа, проходящего через центр цирка активизировавшегося оползня, был установлен позднее по разработанному теоретическому решению оценки предельного состояния [8].
Следовательно, исследуемый участок был полностью «подготовлен» к нарушению устойчивости надоползневого уступа и активизации оползневого процесса.
Анализ ситуации на участке показал, что активизация оползневого процесса порождена началом строительных работ на прилегающей к участку Карамышевского проезда. Здесь была вырыта глубокая (более 7 м) траншея для прокладки подземных коммуникаций. Эта траншея вызвала перераспределение потоков грунтовых и сточных вод и направила их через существующий здесь погребенный древний эрозионный врез в массив надоползневого уступа и далее в тело существующего оползня. При этом август 2006 года, в период образования траншеи, оказался аномальным по количеству атмосферных осадков.
Развитие оползневого процесса на участке характеризуется следующими особенностями и динамикой.
До рассматриваемого события (согласно имеющимся данным) активизация оползневого процесса не была зафиксирована ни на склоне ни на прилегающем к нему части плато. При строительстве упомянутой выше глубокой траншеи, находящейся в 60 м от бровки оползневого склона, вначале фиксировались колебания уровня грунтовых вод на площадке с жилыми зданиями. Несколько позднее образовалась трещина закола, началось отделение и оседание нового оползневого блока. Спустя полгода низовое плечо трещины закола опустилось на 3 м. Далее, в течение года, была зафиксирована затухающая динамика изменения скорости деформирования. Так, в начальный период скорость оседания блока составила 2-3,5 см/сут., далее (через 1 месяц) скорость снизилась до 1,5-2,0 см/сут. Еще через месяц скорость оседания составляла 0,3-0,5 см/сут. Основные деформации в начальный период локализовались в верхней части склона.
Однако в последующем в смещение был вовлечен весь оползневой склон. По распоряжению Правительства Москвы рядом организаций города были проведены кондиционные инженерно-геологические изыскания, мониторинг оползневого процесса и подготовлен проект защитных мероприятий.
Здание Храма в период рассматриваемой активизации оползневого процесса практически не пострадало. Однако образовавшаяся стенка срыва оползневого цирка находится в настоящее время в 20 м от Храма. Вместе с тем подвижка нового оползневого блока может вызвать изменение напряженно-деформированного состояния массива краевой части плато и, соответственно, грунтового основания Храма. Следствием этих процессов может быть появление неравномерной осадки Храма в сторону склона. Однако основной угрозой является возможность повторения катастрофической активизации с образованием нового оползневого блока, который захватит и само здание Храма.
В заключении следует подчеркнуть, что храмы Православной Руси, как правило, расположены на возвышенных местах и потому оползневая проблема является одной из основных при рассмотрении устойчивости и сохранности храмов.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 090500201-а).
Литература
1. Москва: геология и город / Гл. ред. В.И. Осипов, О.П. Медведев. М.: АО «Московские учебники и Картолитография», 1997. 400 с.
2. Чуринов М.В. Характеристика оползней правого берега р. Москвы на участке Ленинских гор и возможности строительного освоения этой территории //Тр. ВНИИ гидрогеологиии и инженерной геологии, 1957. Сб. 15. С. 62-78.
3. Гулакян К.А., Кюнтцель В.В., Постоев Г.П. Прогнозирование оползневых процессов. М.: Недра. 1977. 135 с.
4. Постоев Г.П., Шеко А.И., Кюнцель В.В. Изучение режима оползневых процессов. М.: Недра. 1982. 255 с.
5. Оползни и сели. Т. 1 / Под ред. В.А. Козловского. М.: Центр международных проблем ГКНТ. 1984. 268 с.
6. Постоев Г.П. Особенности формирования и контроля блоковых оползней // Геоэкологические исследования и охрана недр. Науч.-техн. Информ. Сб. /АОЗТ «Геоинформмарк». М.: 1966. Вып. 1. С. 49-56.
7. Науменко П.Н. Условия формирования и инженерно-геологическая характеристика оползней Черноморского побережья Одессы // Оползни Черноморского побережья Украины. М.: Недра, 1977, с. 57-100.
8. Постоев Г.П. Закономерности гравитационного деформирования грунтовых массивов // Геоэкология. 2009. №6. С. 534-543.
Наши услуги
Фотогалерея
Наши Партнёры
