Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН

Оценка эффективности вариантов укрепления оползнеопасного склона при строительстве очистных сооружений (Москва)

Дана оценка оползневой опасности, проведены расчеты устойчивости и даны рекомендации по противооползневым мероприятиям

Оценка эффективности вариантов укрепления оползнеопасного склона по объекту «Очистные сооружения №1 дождевой канализации для кварталов 5-6 Мичуринского проспекта»

Целью исследований являлось сравнение и оценка эффективности представленных вариантов укрепления оползневого склона площадки строительства.

Для достижения поставленной цели было выполнено:

• анализ инженерно-геологических материалов и проектов противооползневых мероприятий, заключений о возможности развития оползневых деформаций на объекте и по устойчивости склона;
• изучение оползневой обстановки;
• проведение расчетов устойчивости склона;
• анализ вариантов укрепления и рекомендации по противооползневым мероприятиям.

ИГЭ РАН в 2006 г. был подготовлен научно-технический отчет, в котором на основе инженерно-геологических материалов, представленных Заказчиком, банка данных и опыта сотрудников ИГЭ РАН была дана оценка оползневой опасности, проведены расчеты устойчивости по представленным заказчиком разрезам и даны рекомендации по противооползневым мероприятиям. В результате был сделан вывод, что откос в существующем состоянии неустойчив. При этом основными причинами неустойчивости были признаны следующие:

• большая мощность насыпных грунтов;
• слабые прочностные свойства насыпных и аллювиальных грунтов, залегающих в основании склона;
• развитие оползневых деформаций в нижней части склона, в зоне разгрузки верховодки, надъюрского горизонта подземных вод и воздействия р. Раменки в период паводка, вызывающее негативное изменение напряженно-деформированного состояния толщи насыпных грунтов;
• возможный высокий уровень верховодки в насыпных грунтах, в связи с этим увеличение гидродинамического и гидростатического давлений.

Причем симптомы подготовки оползневых деформаций откоса и прибровочном массиве насыпных грунтов. Об этом свидетельствовали трещины на площадке, параллельные бровке откоса, а также на ряде существующих сооружений. В связи с расположением проектируемых водосбросов и коллекторов очистного сооружения и невозможностью вследствие этого срезки грунта с верхней площадки, было рекомендовано укрепить прибровочную часть массива и склон, например, методом «Геокомпозит», а также предотвратить развитие оползневых деформаций нижней части склона типа сдвига-разжижения, «подрезающих массив» путем устройства свайной подпорной стенки и пригрузочного контрбанкета.

 Анализ результатов исследований. Выводы по укреплению склона.

Комплексный анализ результатов инженерно-геологических изысканий разных лет, представленных проектных решений по противооползневым мероприятиям на стадии «РД», а также рассмотрение Заключений по объекту позволили отметить следующее.

1. Инженерно-геологические изыскания, проведенные в 2008 г., позволили получить новую информацию о геологическом строении и свойствах грунтов, особенно насыпной толщи, которая использовалась при выполнении темы для проведения расчетов устойчивости и оценки вариантов укрепления.

2. В заключении ИГЭ РАН 2006 г., был сделан вывод, что склон находится в предельном состоянии и что возможны подвижки насыпных грунтов, и с захватом основания, представленного аллювиальными водонасыщенными грунтами пойменных отложений р. Раменка. Были отмечены признаки, указывающие на предельное состояние и возможное развитие оползневых подвижек (трещины на плато и сооружениях, локальные очаги оплывания откоса у подножия, особенно со стороны оврага). Однако нигде не говорилось о глубоких оползнях в понимании ОАО «Геоцентра-Москва» — с захватом юрских глин.

Если деформирование толщи насыпных грунтов, в том числе в виде оседания прибровочного массива с возможным захватом аллювиальных отложений в основании склона отнести к «мелким» оползням (в противоположность упомянутому выше пониманию), то расхождений с выводами указанных выше Заключений нет.

3. Представлены для рассмотрения два проекта укрепления склона, подготовленные в 2009 г.:

• По проекту ГУП «Мосинжпроект» предусматривается срезка грунта сверху склона и подсыпка подножья склона. На поверхности выполаживаемого склона выполняется противоэрозионная защита, укрепление поверхности геоячейками с посевом трав по слою растительного грунта толщиной 200 мм и дорниту;
• По проекту ПСК «Гидротехпроект» предусматривается:
  • Устройство подпорной стены из свай d 300 мм с шагом 300 мм, длиной 15,0 м, объединенных поверху железобетонным ростверком 1600х500 мм;
  • Срезка грунта сверху склона и подсыпка подножья склона. На поверхности выполаживаемого склона выполняется противоэрозионная защита, укрепление поверхности геоячейками с посевом трав по слою растительного грунта толщиной 200 мм по слою дорнита;
  • Уплотнение грунтов основания методом мелиорации, основанном на инъекции по специальной технологии вяжущих и твердеющих растворов.

4. В установленных обоих вариантах укрепления склона проектное его очертание предложено в виде трех площадок с отметками 146,0 м, 152,0 м и 158,0 м, образованных после срезки грунта в верхней части склона и отсыпки его в нижней части, у подножья склона. Поэтому для оценки состояния террасированного склона и достаточности данных мероприятий для обеспечения устойчивости склона в качестве основы для расчетных схем был принят разрез 2-2 по проекту.

5. Выполнены расчеты устойчивости склона в проектном положении (с упомянутыми площадками) двумя методами:

• по сопоставлению фактического напряженного состояния в исследуемых горизонтах массива под рассматриваемыми площадками с предельным состоянием (по методике ИГЭ РАН), когда пригрузка (бытовое давление) на исследуемый горизонт со стороны склона достигает критического значения;
• по программам, основанным на известных методах расчета устойчивости склона (К. Терцаги, Маслова-Берера, Г.М. Шахунянца) с учетом возможных изменений уровня подземных вод, напора в основании склона, различных положений поверхности скольжения и значений свойств грунтов в зоне ее прохождения.

В результате установлено, что в предложенном террасировании склона (в соответствии с проектными решениями) не обеспечивается требуемая устойчивость склона. При использовании в расчетах значений характеристик прочности грунтов (насыпных ИГЭ 1, аллювиальных ИГЭ 5, ледниковых отложений ИГЭ 15, ИГЭ 16) откос находится в состоянии, близком к предельному, коэффициент устойчивости K=1±(0,15-0,2).

Снижение устойчивости склона происходит: при повышении уровня грунтовых вод (верховодки), которое возможно в весенне-зимний период при таянии снега, в период затяжных дождей, а также вследствие утечек из соответствующих коммуникаций и сооружений; при учете напора в основании склона, наличие которого установлено по данным бурения в районе бровки откоса и возможно его проявление и под площадками на откосе; при развитии процесса оползания в подножье откоса; в зоне разгрузки подземных вод.

6. Уположение склона, предложенное представленными Проектами несомненно повышает устойчивость склона по сравнению с исходным его положением, но, согласно проведенным исследованиям, оказывается недостаточным, чтобы обеспечить требуемую устойчивость склона и безопасное функционирование проектируемых сооружений.

По проекту ПСК «Гидротехпроект» предложено дополнительное укрепление склона посредством инъекции твердеющего раствора и оборудование свайной подпорной стены у подножья склона. Предложенный данный комплекс мероприятий позволит повысить устойчивость до требуемого уровня, в том числе защиту подножья склона от поверхностного оползания. Однако в проекте ПСК «Гидротехпроект» не предусмотрено дренажных мероприятий, предотвращающих образование подпора подземных вод из-за уплотнения грунта посредством инъекций под давлением твердеющих растворов и перед свайной подпорной стеной.

Как показали исследования, уположенный склон в проектном положении, при рассмотрении горизонтов в насыпном грунте выше отметок его основания, сохраняет устойчивость. Поэтому нет необходимости в дополнительном упрочнении насыпного грунта посредством инъекции твердеющих растворов.

Свайная подпорная стенка предусмотрена для предотвращения развития оползневых деформаций в зоне разгрузки подземных вод, подсекающих высокий откос насыпного грунта, и для пригрузки откоса посредством контрбанкета (о нем в соответствующем проекте не упоминается). Однако «тесное» размещение свай может вызвать подпор и подъем подземных вод, что отразится негативно на устойчивости склона.

В процессе выполнения данной темы был рассмотрен вариант укрепления склона, дополнительно к проектному террасированию, посредством обустройства габионов в нижней части склона с захватом аллювиальных отложений. Установлено, что габионы позволяют обеспечить устойчивость склона до требуемого уровня даже с учетом воздействия комплекса рассматриваемых негативных факторов.

7. Таким образом, предложен оптимальный комплекс укрепления откоса.