Нарушение устойчивости при оползнях для правобережья

Саратовской области

    Правый берег р. Волги от Ульяновска до Волгограда является местом проявления активных геодинамических процессов. Этому способствуют ряд факторов, связанных с геоморфологическими особенностями строения склонов, абразионными воздействиями со стороны искусственных водохранилищ Волжского каскада гидроэлектростанций, а также техногенными факторами. Для высоких береговых склонов характерно наличие маловодоустойчивых песчано-глинисто-алевритовых пород, наклонность слоев грунта в сторону долины, горизонтов подземных вод, в том числе напорных.

    Для правобережья Саратовской области, попадающей в зону влияния водохранилищ изучение геологических условий, гидрологического режима подземных вод в прибрежной зоне и устойчивости береговых склонов имеет особенное значение, так как область, в том числе г. Саратов относятся к крупнейшим оползневым районам страны. При общей длине береговой полосы в районе г. Саратова 30 км, длина участков с активными проявлением оползневых процессов составляет около 17 км. Не менее важными по значимости и уровню опасности для значительной части территории Саратовской области являются процессы, связанные переработкой (абразией) берегов р. Волга, Саратовского и Волгоградского водохранилищ, а также с подтоплением территорий, прилегающих к зоне влияния подпора от искусственных водохранилищ.

 

 

Фото 1. Правый берег реки Волга около села Широкий Буерак Вольского района (вид на оползневой массив справа в Северной зоне склона)

 

В Саратовском Поволжье имеются участки с многоступенчатыми оползневыми телами разного возраста и механизма формирования. Оползневая деятельность по берегам р. Волга происходила в течение столетий, вместе с процессом постоянного медленного смещения русла реки в западном направлении. Динамическое равновесие оползневых массивов и и горных пород «коренного» берега постоянно нарушалось. Однако, активность и частота оползания были сравнительно невелики, затягиваясь на многие сотни лет. Условия резко изменилась после создания Волжских водохранилищ.

 

 

Фото. 2. Правый берег реки Волга около села Широкий Буерак Вольского района (вид на многоступенчатое с нечетко выраженными террасами тело оползня в Северной зоне склона)

 

После создания в 1959 году Волгоградского водохранилища в течение 1961-1966 гг. уровень воды в водохранилище поднялся до отметки +15 м, что на 10 м выше меженного уровня в р. Вол­ге. В несколько раз увеличилась ширина зеркала воды, а максимальная ширина водохранилища достигает 9 км.

В результате создавшегося подпора от водохранилища уровень подземных вод на прибрежных территориях начал повышаться. Так уже к 1964 году на площади 1 террасы г. Энгельса (в пониженных местах) появились участки подтоп­ления, т.е. с территории уровнем подземных вод на глубине менее 3 м. К 1977 году площади с глубиной залегания подземных вод менее 3 м значительно увеличились. Площади подтопления к настоящему времени выросли и охватили большую часть город­ской территории, расположенную на I и II террасах.

 На территории г. Саратова вследствие подпора от водохранилища уровень подземных вод повысился на 8-10 м. В сочетании с дополнительной техногенной нагрузкой это привело к формированию постоянного горизонта подземных вод на глубине 1,5-4,5 м от дневной поверхности и критическому уровню подтопления значительной части территории г. Саратова. 

    В новых гидрогеологических условиях естественные контрфорсы древних оползневых тел, сложенные сползшими массами и делювиальными образованиями и сдерживающие протекание геодинамических процессов, подверглись интенсивному разрушению, что привело к резкой активизации оползневых процессов. При этом возобновились движения не только древних оползневых тел, но образовалось множество новых, в том числе по «коренному» берегу.

Все склоны около г. Саратова в настоящее время находятся в состоянии предельного динамического равновесия, а на отдельных участка фиксируется потеря общей устойчивости склонов. Наблюдаются различные виды оползней: оползни-потоки, оползни выдавливания, оползни сдвига, висячие оползни. Коэффициенты устойчивости значительных по площади участки территории в районе Гуселки, Зоналки, Лысой горы, Князевского косогора меньше 1. Негативные геодинамические процессы наблюдаются на всем протяжении берегового склона от Саратова до с. Усть-Курдюм.

    Активизация оползней и разрушение берега, начавшееся с момента заполнения водохранилищ, продолжается вопреки теоретическим расчетам проектировщиков водохранилищ, согласно которым, в течение 10 - 12 лет по берегам водохранилищ должна была сформироваться подводная отмель, гасившая энергию волн, и способствующая установлению динамическое равновесие. Этому мешают две основные причины:

· для Саратовского и Волгоградского водохранилищ характерны довольно значительные многолетние, сезонные и ежесуточные колебания уровня воды в водохранилищах, связанные с природными факторами и режимом работы.

· при проектировании водохранилищ недостаточно учтены проявления так называемой сгонно-нагонной деятельности, проявляющейся в условиях длительных сильных ветров и вызывающей повышение уровня воды.

Результаты многолетних стационарных наблюдений на многих участках Саратовского водохранилища и включающих изучение подводного рельефа прибрежной полосы, однозначно свидетельствуют, что на правом берегу подводная отмель практически нигде не формируется. Здесь в силу гидродинамических условий постоянно сохраняется так называемый «приглубый» берег, который во многом определяет неустойчивость склонов.

В период половодья сбросы Куйбышевской ГЭС достигают 26 - 28 тыс. м3/сек (при среднесуточных расходах 10 - 11 тысяч м3/сек). Максимальный приток в Саратовское водохранилище зафиксированный в 1979 году, составил 41,7 тысяч м3/сек. Превышение уровня воды в половодье над НПГ может достигать 1 м. Максимальное превышение 1,57 м отмечено в 1979 году. В разные годы эти величины значительно варьируют. Ежесуточные перепады высот связанные с режимом работы ГЭС по отдельным замерам достигают 0,8 - 1,35 м.

Максимальные годовые колебания уровня воды в Волгоградском водохранилище достигают 3,7 м, месячные – 3,5 м, недельные зимние и летние соответственно 0,4 и 0,9 м. Резкие колебания уровней увеличивают продольные уклоны поверхности и скорости течения водного потока в водохранилище, что способствует активизации абразионных процессов на берегах водохранилища. По данным наблюдений после затопления водохранилища скорость течения достигала 0,8-1,2 м/с, а в условиях паводка 1,6-2,5 м/с.

Другим важным фактором, определяющим условия и характер переработки береговых склонов является волно-ветровой режим на территории Саратовского Поволжья. После заполнения Волгоградского водохранилища существенно изменился волной режим на акватории. На участках водохранилища Волгоград-Камышин максимальная высота волн достигает 3,8 м, а участке Камышин-Саратов 3,2 м.

В нижней части Саратовского водохранилища в весеннее, летний и осенний периоды отмечается 15-20 штормовых ветров. Во время ветреной погоды возникают волны высотой до 0,75 м. При скорости ветра 9 - 14 м/сек высота волн может достигать величины 1,6 – 1,8 м, а при скорости 20 - 22 м/сек продолжительностью около суток (что нередко для данной местности) высота волн достигает 2,4 м. По берегам Саратовского водохранилища нередко фиксируются повышения уровня воды, связанное с нагонными явлениями на 0,75 – 1,2 м. Перепады высот уровня воды в водохранилище (сезонные и ежесуточные) препятствуют установлению динамического равновесия склонов. В этих условиях не происходит формирования пологой и широкой отмели, что способствует интенсивной переработке береговой линии. Данный процесс продолжается уже в течение более 40 лет и имеет тенденцию к дальнейшему развитию.

Существующий режим работы водохранилища не позволяет стабилизироваться гидрологическому режиму подземных вод. Значительные колебания гидрологии возникают в результате изменяющегося подпора подземных вод от влияния водохранилища. Периодические повышения горизонта подземных вод непосредственно вблизи подошвы берегового откоса вызывают изменения сжимающих напряжений от собственного веса грунта, который уменьшается в результате взвешивающего действия подземных вод. Это в частности существенно влияет и на расчетные сопротивления грунтовых оснований зданий и сооружений, расположенных вблизи берегового откоса.

    Повышение уровня подземных вод приводит к существенному снижению несущей способности и повышению сжимаемости грунтовых оснований зданий и инженерных сооружений вследствие уменьшения показателей прочностных и деформационных свойств грунтов. Для естественных склонов необходимо учитывать, что коэффициент запаса устойчивости полностью «затопленного» однородного массива выше, чем более «тяжелого сухого». Устойчивость склонов при частичном «затоплении» снижается, а при полном «затоплении» повышается.

Наиболее опасным для склонов и откосов является случай быстрого снижения уровня воды в водохранилище в условиях сравнительно малой водопроницаемости грунтов склона. При быстром сбросе воды в водохранилище склон остается практически полностью водонасыщенным, и в результате фильтрации воды возникают значительные фильтрационные давления, приводящие к возрастанию сдвигающих сил и снижению устойчивости геомассива.

 

Оползневые процессы

 в инженерно-геологических условиях г. Саратова

Проблема обеспечения устойчивости склонов и инженерной защиты городской территории является исключительно важной и актуальной для Саратова. Сложность топографических, геологических условий в сочетании с активными оползневыми процессами и подтоплением территории формируют особые условия для строительства и эксплуатации зданий и сооружений. Специалистам известно, что склоны около г. Саратова в настоящее время находятся в состоянии предельного динамического равновесия, на отдельных участках фиксируется потеря общей устойчивости склонов. В оползневую зону входят 16 км прибрежной полосы от Гуселки до Глебучева оврага и от поселка Лесопильный до поселка Нефтяной. Коэффициенты устойчивости склонов в районе Гуселки, Зоналки, Лысой горы, Князевского склона меньше 1. Опасной считается вся территория между улицей Чернышевского и Волгой.

В пределах городской территории систематически проявляются оползневые деформации склонов Соколовогорского, Лысогорского массивов, а также Октябрьского и Смирновского ущелий. Ограничения динамических воздействий при устройстве свайных фундаментов в центральной части и на склоновых участках территории г. Саратова часто сводит проблему строительства зданий именно к вопросу устойчивости основания.

Первые признаки движения оползня в Смирновском ущелье были отмечены в марте 2002 г. В августе 2003 г.оползневые деформации произошли на правом склоне Смирновского ущелья в пределах фронтальной части древнего оползневого массива. В результате на участке дороги образовался провал и длиной 55 м, шириной и глубиной до 2 метров, семь жилых домов, расположенных на склоне, были смещены оползнем и получили значительные повреждения. Оползень охватил площадь около 4 га, а объем грунта, вовлеченного в оползневый процесс, составил 1,5 млн. м³.

Строительство на данной территории ведется с 60-х годов. Проектом строительства областной больницы предусматривались противооползневые мероприятия, которые однако, были проведены в недостаточном объеме и с значительными отступлениями от проекта. Застройка склона жилыми зданиями коттеджного типа ведется практически без осуществления противооползневых мероприятий. В опасной зоне оказались десятки построенных и вновь строящихся зданий. Непосредственная угроза имеется для зданий и сооружений клинической больницы.

На рис. 3-6 показаны отдельные участки оползневого склона в Смирновском ущелье в районе областной клинической больницы и последствия подвижек грунтов для построенных зданий (съемка 2004г.). В связи с этим в 2004 г. начато производство противооползневых мероприятий, включающих устройство противооползневых удерживающих конструкций в виде свайных подпорной стенки на буровых сваях.

 

 

Рис. 3. Оползневой участок склона Смирновского ущелья

 

 

Рис. 4. Оползневые деформации грунтового массива

склона Смирновского ущелья

 

 

 

Рис. 5. Аварийные повреждения несущих конструкций 2-х этажного

жилого здания, построенного на склоне Смирновского ущелья

 

 

 

Рис. 6. Разрушение строящегося индивидуального жилого дома 

в результате оползневых деформаций участка склона Смирновского ущелья

 

К 2005 г. выполнена большая часть работ, включая устройство 98 буронабивных свай. Общая сметная стоимость объекта – 35 млн. рублей, в том числе проекта – 1,5 млн. рублей. Данные последних наблюдений показывают, что в месте устройства подпорной стенки подвижек грунта не наблюдается. Однако оползневой процесс проявляется на соседних участках, что требует продолжения выполнения мероприятий по инженерной защите.