Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология, 2022, № 5, стр. 3-13

МОНИТОРИНГ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И СЕЙСМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГРУНТОВ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ОЛИМПИЙСКИХ СООРУЖЕНИЙ (г. СОЧИ, ИМЕРЕТИНСКАЯ НИЗМЕННОСТЬ)

Б. А. Трифонов 1*, С. Ю. Милановский 12**, В. В. Несынов 1

1 Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН
101000 Москва, Уланский пер., 13, стр. 2, Россия

2 Институт физики Земли РАН им. О.Ю. Шмидта РАН
123242 Москва, Б. Грузинская ул., 10, стр. 1, Россия

* E-mail: igelab@mail.ru
** E-mail: svetmil@mail.ru

Поступила в редакцию 14.07.2022
После доработки 08.08.2022
Принята к публикации 11.08.2022

Полный текст (PDF)

Аннотация

Проведен анализ результатов мониторинга сейсмических свойств типичных и неблагоприятных в инженерно-геологическом отношении грунтовых комплексов на Имеретинской низменности в период как строительства, так и эксплуатации олимпийских сооружений. Показано, как под влиянием техногенных факторов и благодаря возросшей детальности исследований менялись первоначальные представления о сейсмических свойствах грунтов II–III категории во время строительства и последующей эксплуатации олимпийских сооружений в 2011–2014 гг. На территорию размещения олимпийских объектов прибрежного кластера построена серия карт-схем сейсмического микрорайонирования (СМР), учитывающих эти изменения. Рассчитаны характеристики реакции геологической среды на сильные землетрясения по состоянию на период с 1986–1996 гг. (начало работ на участках перспективного освоения территории г. Сочи) по 2021 г. (после строительства и эксплуатации основных олимпийских объектов). Показано, что на отдельных участках с преобладающими в разрезе грунтами II–III категории по сейсмическим свойствам уже через 4–5 лет отмечен устойчивый тренд ухудшения, по сравнению с 2007 г., сейсмических свойств грунтов в сторону III категории. Приращение сейсмической интенсивности увеличилось на 0.5–0.7 балла. Для снижения негативного влияния сильных землетрясений на динамически неустойчивые грунты, где возможна потеря несущей способности грунтового основания за счет эффекта сейсмического разжижения, необходимо осуществлять превентивные мероприятия по улучшению сейсмических свойств грунтов. В процессе строительства необходимо предусматривать уплотнение таких грунтов путем создания, например, искусственного массива со свайным фундаментом.

Ключевые слова: сейсмическое микрорайонирование, скорости поперечных волн, техногенные воздействия, расчетные методы, акселерограммы, искусственное улучшение грунтов оснований

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с нормативными картами ОСР-97(2015 А, В) и СП 14.13330.2018 территория г. Сочи с окрестностями относится, в привязке к средним грунтовым условиям по шкале MSK-64 к зонам 8-балльной сейсмичности при повторяемости землетрясений 1 раз в 500 лет и 9-балльной сейсмичности при повторяемости землетрясений 1 раз в 1000 лет. Карты ОСР-97(2015) составлены в кондициях масштаба 1:2 500 000 на основе расчета степени сейсмической опасности, выраженной в непрерывно изменяющихся по площади численных значениях баллов, но в окончательном виде они отражают лишь целочисленные значения сейсмической интенсивности. Как признает автор карт В.И. Уломов [10], процедура такого “округления” влечет за собой погрешности, нередко превышающие ±0.5 балла.

На основе базы данных ОСР-97 для района Сочи В.И. Уломовым [10] выполнен вероятностный анализ сейсмической опасности (ВАСО) в параметрах сейсмической интенсивности (I) в баллах шкалы MSK-64 с детализацией до 0.1 балла и в значениях пиковых ускорений Amax (см/с2) для периодов повторяемости сильных землетрясений Т = 500 и Т = 1000 лет в привязке к грунтам II категории по сейсмическим свойствам. В соответствии с ВАСО исходная (фоновая) сейсмическая интенсивность (сотрясаемость) для территории Имеретинской низменности составляет I = 8 (Т = 500 лет) и I = 8.5 (Т = 1000 лет) баллов.

Бóльшая часть территории Имеретинской низменности (рис. 1) представляла собой в конце 1980-х и начала 1990-х годов участки, перекрытые оросительными канавами, где выращивались овощные культуры местного совхоза. Естественная влажность грунта 72.4%. Постоянный водоносный горизонт фиксировался на глубинах от 0.5 до 2.5 м. Геологический разрез в заболоченных понижениях, которые использовались под сельскохозяйственные угодья, представлен лагунными осадками, ниже которых залегают пластичные иловатые глины с линзами песка и гравия, прослоями илов и торфяников общей мощностью 15–30 м. Ниже грунтовый массив представлен суглинками, супесями, глинами с редкими включениями щебня и дресвы. Общая мощность отложений 80–100 м [1]. С учетом геологического строения, гидрогеологических условий, литологического состава отложений и их физико-механических свойств грунты были отнесены к III категории по сейсмическим свойствам.

Рис. 1.

Территория Имеретинской низменности после начала ее освоения для строительства олимпийских сооружений.

По результатам исследований 1986–1996 гг. приращения балльности по методу сейсмических жесткостей  (МСЖ)  составили  ΔI = +1.05– –+1.30 балла (средневзвешенная скорость до глубины 30 м равна Vs30 = 150–160 м/с, средневзвешенная плотность ρ = 1.55–1.65 г/см3). При расчете реакции геологической среды на воздействия сильных землетрясений [68] максимальные значения ускорений: от близких зон ВОЗ составили Аmax = 450 см/с2; от относительно удаленной Сухумской зоны ВОЗ – 465 см/с2. Фрагмент карты сейсмического микрорайонирования (СМР), разработанной по результатам исследований 1986–1996 гг., приведен на рис. 2.

Рис. 2.

Фрагмент карты-cхемы СМР территории Имеретинской низменности (1996 г.). Участок с сейсмичностью 9 баллов выделен густой штриховкой; красный контур – граница территории Имеретинской низменности.

Цель ниже изложенных результатов – показать влияние техногенных факторов и детальных исследований на изменение первоначальных представлений о сейсмических условиях на слабых грунтах Имеретинской низменности (III категории по сейсмическим свойствам), а также обратить внимание на возможность улучшения несущей способности таких грунтов (их уплотнения) для дальнейшего освоения рассматриваемой территории путем создания массивов со свайным фундаментом и интенсивного понижения уровня подземных вод.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В 2007 г. было проведено сейсмическое микрорайонирование территории Имеретинской низменности в масштабе 1:10 000, предназначенное для выбора наиболее благоприятных в сейсмическом отношении участков размещения олимпийских объектов. При изысканиях было установлено, что при подготовке рассматриваемой территории под строительство на ряде участков с грунтами III категории были улучшены первоначальные сейсмические условия в результате проведения мелиоративных и планировочных работ (замена грунтов III категории насыпными с последующим их уплотнением).

После проведения новых исследований по СМР для целей размещения олимпийских объектов [9] и на основании комплексных исследований за более чем 20 лет, начиная с 1986 г., в 2007 г. была построена карта СМР территории Имеретинской низменности масштаба 1:10 000, приведенная ниже на рис. 3, вид которой существенно изменился по сравнению с картой 1996 г. В местах предполагаемого размещения олимпийских сооружений после проведения водопонижения и замены верхней части грунтов III категории, где было возможно, выделены участки с грунтами II–III категории с сейсмичностью I = = 8.5 баллов при повторяемости 1 раз в 500 лет и 9 баллов при повторяемости 1 раз в 1000 лет для ответственных сооружений, а также участки с неизмененными грунтами III категорий по сейсмическим свойствам с сейсмичностью соответственно 9 и 9* баллов.

Рис. 3.

Карта-схема СМР территории Имеретинской низменности (2007 г.) после подготовки территории под строительство олимпийских объектов.

Участки с грунтами II–III категории (зона 3, см. условные обозначения к рис. 3) сложены разнозернистыми песками, глинами, суглинками с прослоями гравийно-галечниковых грунтов, грунтовые воды на глубине от 3 до 5 м. Общая мощность отложений 60–80 м. Приращения балльности по СМР относительно эталонных грунтов  II  категории  составили ΔI = +0.35– –+0.52 балла (Vs30 = 230–250 м/с при ρ = 1.75–1.90 г/см3). Здесь возможны максимальные значения ускорений: от близких зон ВОЗ Аmax = = 295 см/с2 и от Сухумской зоны – 285 см/с2.

Участки с грунтами III категорий 9 и 9* баллов (зона 4) сложены пластичными иловатыми глинами с линзами песка и гравия, прослоями илов и торфяников, суглинками, супесями, глинами с редкими включениями щебня и дресвы, грунтовые  воды  на  глубине 1–4 м, где ΔI = +1.0– –+1.20 балла (Vs30 = 160–165 м/с при ρ = 1.60–1.65 г/см3). Общая мощность отложений 80–100 м, на них возможны максимальные значения ускорений: от близких зон ВОЗ Аmax = 415 см/с2 и от Сухумской зоны ВОЗ – 455 см/с2.

Впоследствии при решении задач СМР на территории Имеретинской низменности непосредственно под объекты строительства проводились дополнительно крупномасштабные инженерно-геологические исследования. Кроме того, для расчетов антисейсмических мероприятий для отдельных объектов потребовались более детальные геофизические исследования. Авторами было проведено обобщение результатов крупномасштабных инженерно-геологических и геофизических исследований по СМР на ряде площадок в пределах Имеретинской низменности, выполненных в период с 2007 по 2012 г. Результаты экспериментальных исследований сейсмических свойств грунтовых комплексов в различных местах строительства олимпийских сооружений, проведенные до начала строительства и через 4–5 лет, показали изменения первоначальных сейсмических условий из-за ухудшения свойств грунтов верхней части разреза. Примером могут служить работы по СМР на участках строительства олимпийских гостиничных комплексов (“Апарт-отель” в 2011 г. и “Четырехзвездный комплекс на 700 номеров” в 2012 г.) на грунтах II–III категории с первоначальной сейсмичностью по карте СМР 2007 г. 8.5 (9) баллов. Инженерно-сейсмические исследования показали, что по прошествии времени грунты по сейсмическим свойствам уже следовало относить к III категории, так как средневзвешенная объемная плотность стала равной ρ = 1.70–1.75 г/см3, а средние значения скоростей Vs30 уменьшились до значений 180–200 м/с. При этом значения приращения сейсмической интенсивности возросли до ΔI = +0.60–+0.85 балла, а Amax по расчетам увеличились с 305–330 см/с2 до 380 см/с2 (от близких зон ВОЗ) и от Сухумской зоны ВОЗ от 300–335 см/с2 до 380–390 см/с2. Таким образом, результаты дополнительных детальных исследований (под конкретные сооружения) показали возможность изменения первоначальных представлений о сейсмических свойствах грунтов.

Экспериментальные исследования свойств грунтов [5] территории Центрального Олимпийского стадиона [5] показали наличие на Имеретинской низменности грунтов, которые подвержены риску сейсмического разжижения во время землетрясений (интенсивных сейсмических нагрузок). Наличие таких грунтов может привести к катастрофическим осадкам грунтовых оснований сооружений, что повлияет на их эксплуатационную надежность и способно привести к их разрушению.

Известно, что увеличению риска сейсмического разжижения грунтов способствует техногенное повышение уровня грунтовых вод (УГВ), а также возможное проявление барражного эффекта от возводимых фундаментов олимпийских зданий и сооружений.

К техногенным факторам, влияющим на грунтовый массив, помимо этого, можно отнести ухудшение прочностных и деформационных свойств грунтов оснований сооружений. При замене грунтов естественного сложения на насыпные в результате проведения планировочных работ для строительства ухудшаются первоначальные физико-механические свойства массива. При сильных землетрясениях возможна деформация грунтов оснований сооружений, возводимых на насыпных грунтах обратной засыпки, и также возрастает риск их сейсмического разжижения. На основании выполненных исследований авторы составили детальную карту-схему СМР для современной поверхности Имеретинской низменности с учетом проведенных дополнительных крупномасштабных исследований сейсмических свойств грунтов и влияния техногенных факторов – интенсивного строительства и эксплуатации сооружений, построенных после 2007 г. (рис. 4).

Рис. 4.

Карта-схема СМР для современной поверхности Имеретинской низменности с учетом результатов дополнительных детальных исследований и влияния техногенных факторов.

На новой карте с учетом данных мониторинга отмечены произошедшие с течением времени изменения на поверхности грунтовых комплексов под действием техногенных факторов после сооружения и эксплуатации олимпийских объектов по сравнению с картой СМР 2007 г. Увеличение территории с грунтами III категории и сейсмичностью 9(9*) баллов связано с тем, что часть участков с грунтами II–III категории (по состоянию на 2007 г.) по своим свойствам стали ближе к грунтам III категории, и по результатам исследований 2010–2014 гг. они могут быть отнесены к участкам с грунтами зоны 4. Площадки и расположение участков с грунтами II–III, II категорий и соответствующей сейсмичностью 8.5 (9) и 8 (8.5) баллов, относящиеся к зонам 3 и 2 (см. рис. 4), не претерпели существенных изменений.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ИСКУССТВЕННОМУ УЛУЧШЕНИЮ ГРУНТОВ ОСНОВАНИЙ ПОД ФУНДАМЕНТАМИ СООРУЖЕНИЙ

В ходе исследований авторы видели свою задачу не только в прогнозе изменения сейсмических условий под действием техногенных факторов, но и в выработке предложений по снижению негативного влияния последних для улучшения сейсмических условий на изучаемой территории. Известно, что искусственно подготовленное основание в большинстве случаев позволяет снизить сейсмичность площадки и вести строительство в районах с сейсмичностью 9 баллов и более. На динамически неустойчивых грунтах, где возможна активизация просадочных процессов, для улучшения грунтов основания и снижения риска сейсмического разжижения, кроме мероприятий по водопонижению, проводят уплотнение грунтов путем создания искусственного свайного поля. Могут быть использованы также методы химического закрепления грунтов оснований (закрепление геокомпозитным материалом, цементацией и т.п.).

В статье В.А. Ильичева и др. [3] приводятся результаты расчетной оценки влияния искусственного улучшения грунтового основания на интенсивность и спектральный состав сейсмических колебаний. Расчетная оценка, основанная на конечноэлементной реализации, позволила определить размеры площадей, на которых необходимо проводить инженерную подготовку оснований с тем, чтобы перевести грунты III категории по сейсмическим свойствам во II категорию. Были проведены численные исследования по оценке влияния величины и характеристик включений в грунтовое основание на интенсивность и спектральный состав сейсмических воздействий. В качестве расчетного воздействия использовалась акселерограмма землетрясения Сан-Фернандо. Моделировались основания, подготовленные с помощью грунтонабивных свай или грунтовых подушек, а также химического закрепления. Из проведенного анализа следует, что величина максимальных средних ускорений на поверхности включения зависит от размеров включения, причем оптимальная ширина включения, при которой ускорения имеют наименьшие значения, равна полуторной толщине слоя. Увеличение ширины включения более чем на три толщины слоя не изменяет амплитуды ускорений. Также было установлено, что искусственная подготовка основания вызывает перераспределение энергии сейсмических воздействий, поэтому необходимо проводить анализ спектральных характеристик при учете сейсмостойкости здания и установленного в нем оборудования. Расчетами было показано, что подготовка основания, выполненная грунтонабивными сваями (грунтовой подушкой) и методом химического закрепления, позволяет прогнозировать снижение балльности строительной площадки на 0.5–1.0 балла. Исследования [3, 4] по экспериментальной проверке степени улучшения сейсмических условий строительства под фундаментами зданий и сооружений, опирающихся на свайное основание, показали возможность понижения не только балльности строительной площадки, но и уровня сейсмических воздействий.

Устройство свайного основания является более технологичным и экономически оправданным методом улучшения сейсмических свойств грунтов оснований, чем цементация грунтов и их закрепление другими способами [2]. Примером проверки положений, изложенных в работах [3, 4], и дальнейших исследований по искусственному улучшению массива грунтов, созданного свайным полем железобетонных свай под фундаментом строящегося здания, могут служить результаты работ авторов на водонасыщенных песчано-глинистых грунтах III категории пойменных отложений р. Кубань (в г. Краснодар, ул. Кубанонабережная) [9]. Сейсмические характеристики искусственного массива изучались с применением вертикального сейсмического профилирования (метод ВСП) и просвечивания по наклонным лучам. Пойменные отложения представлены переслаиванием суглинков от мягкопластичных до текучепластичных и песками пылеватыми средней плотности. В естественном состоянии вне поля свай грунты характеризуются плотностью ρ = 1.95 г/см3, скорости S-волн изменяются от 120 в верхнем слое до 210–220 м/с на глубине 20–22 м. Средняя скорость S-волн по данным ВСП в этой толще – 150–170 м/с.

Искусственный массив создан полем свай размером в плане 28 × 35 м. Железобетонные сваи размером 25 × 25 мм и длиной около 18 м располагались в шахматном порядке по сетке 1.5 × 1.5 м. Схема наблюдений и результаты просвечивания массива, созданного полем свай, показаны на рис. 5.

Рис. 5.

Схема проведения исследований по сейсмическому просвечиванию под фундаментом строящегося здания и вертикальному сейсмическому профилированию (ВСП) в скважине, расположенной на естественном грунте между пунктом возбуждения колебаний (ПУ) на поверхности и сейсмоприемниками на зонде в скважине. В рамках – средние значения скоростей поперечных волн (Vs) по результатам исследований из [9].

Cреднее значение Vs в пределах свайного поля оценивается в 420–430 м/с. Расчетная плотность с учетом объема железобетонных свай в искусственном основании составила 2.25 г/см3. Таким образом, сейсмическая жесткость в поперечных волнах в пределах поля свай увеличилась относительно жесткости естественных грунтов в 3 раза. По данным регистрации колебаний от ударов падающего груза (массой около 1 т с высоты 4 м) и микросейсм, среднемаксимальные амплитуды колебаний на фундаменте, опирающемся на сваи, по сравнению с амплитудами колебаний на поверхности естественного грунта тоже уменьшились в 1.8–2 раза (рис. 6).

Рис. 6.

Пример записи колебаний и результатов измерений амплитуд колебаний на фундаменте сооружения, опирающегося на сваи, по сравнению с амплитудами колебаний на поверхности естественного грунта от ударов падающего груза массой около 1 т с высоты 4 м.

Такие же исследования по качественной оценке искусственного улучшения сейсмических условий для оснований сооружений на грунтах III категории были проведены на территории олимпийских объектов Имеретинской низменности. Для уточнения сейсмических условий площадки размещения Апарт-отеля категории 4 звезды на 200 номеров в г. Сочи после проведения инженерной подготовки площадки для строительства были выполнены комплексные инструментальные геофизические исследования. В искусственном массиве, созданном полем буронабивных свай диаметром 800–1000 мм и длиной более 20 м, расположенных в шахматном порядке на расстоянии друг от друга 1.5–2.0 м, в сравнении с естественными грунтами произошло увеличение скорости поперечных волн в 2.5–3 раза (до 630–800 м/с). Даже не принимая во внимание несколько увеличенную плотность искусственного массива, в терминах сейсмического балла произошло снижение сейсмичности по крайней мере на 0.5 балла, определенной по МСЖ в соответствии с действующими нормативными документами, что следует отнести в запас относительно принимаемой сейсмичности. Кроме того, были продолжены эксперименты по измерению амплитуд колебаний на фундаменте строящегося сооружения, опирающемся на свайное поле, по сравнению с амплитудами колебаний на свободной поверхности грунта. Регистрировались колебания (импульсными источниками колебаний) от удара падающего груза массой около 700 кг с высоты 4 м. Расстояния между установленными на грунте и на фундаменте регистрирующими датчиками и импульсным источником колебаний были одинаковыми. Колебания от импульсных источников записывались при разной длительности. Соотношение между амплитудами колебаний на поверхности грунтовой толщи и опирающемся на сваи фундаменте в случае возбуждения колебаний от сбрасываемого груза оказались меньше, чем на поверхности естественного грунта в 1.5–2 раза. Таким образом, устройство свайного основания (с опорой свай на плотные слабо сжимаемые галечниковые грунты, кровля которых на глубине более 20 м) улучшило сейсмические условия строительства.

Наши и исследования других авторов показывают возможность понижения балльности строительной площадки и уровня сейсмических воздействий под фундаментами зданий и сооружений, опирающихся на свайное основание.

По результатам исследований была составлена таблица изменения сейсмических условий на грунтах II–III и III категорий для территории Имеретинской низменности после искусственного закрепления грунтов оснований устройством свайного фундамента (табл. 1).

Таблица 1.

Изменение сейсмических условий на грунтах II–III и III категорий Имеретинской низменности после искусственного закрепления грунтов оснований устройством свайного фундамента

Название участка № экспери-ментальных исследований на картах СМР Категория грунтов по сейсмическим свойствам Год иссле-дования Сейсмоактив- ные зоны На поверхности естественных грунтов После улучшения грунтов основания Аmax
Тmax, с τ, c Аmax, см/с2 I
Vsсв = 450 м/с
II
Vsсв = 700 м/с
Имеретинская низменность 1 III 1985–1998 Близкие 0.30 10 450
Сухумская 0.70 20 465
Имеретинская низменность (обобщенные) 6 III 2007 Близкие 0.30 10 415 310 295
Сухумская 0.70 20 455 415 405
Апарт-отель 2 III
(II–III)
2011 (2007) Близкие 0.29 10–11 380 (330) 275 265
Сухумская 0.68 20–21 390 (335) 350 345
Имеретинская низменность (обобщенные) 3 II–III 2007 Близкие 0.29 9–11 295 225 220
Сухумская 0.70 20 285 250 245
Центральный олимпийский стадион (разжижение) 4 II–III
(III–IV)
2011 Близкие 0.30 10–12 300 225 220
Сухумская 0.70 20-30 290 255 250
Четырехзвездный гостиничный комплекс на 700 номеров 5 III
(II–III)
2012
(2007)
Близкие 0.28–0.29 10–11 380 (305) 285 275
Сухумская 0.65 20–21 385 (300) 345 340
Основная олимпийская де-ревня (3000 мест). ОАО “Росстройизыскания” Зоны 1, 2 9 и 10 II–III 2010–2011 Акселеро-грамма, обобщенная из двух зон ВОЗ 25–27 260–290

Tmax – период колебаний в максимальных пиковых ускорениях; τ – эффективная продолжительность колебаний; Vsсв – скорости в массиве со свайным фундаментом; Аmax, см/с2 – рассчитанные максимальные (пиковые) значения ускорений, осредненные по компонентам X,Y, для периода повторяемости 1 раз в 1000 лет. В круглых скобках указаны категории грунтов и осредненные максимальные значения ускорений в год исследования.

Результаты предварительного расчета акселерограмм на типичных грунтовых комплексах, слагающих большую часть Имеретинской низменности, по программе “Расчет спектральных характеристик тонкослоистых сред”, разработанной в ИФЗ РАН [68], показывают тенденцию к уменьшению значений Аmax и улучшению сейсмических свойств грунтов основания при создании в них свайных полей. Близкие результаты были получены при расчете по программе “NERА” [11]. Были рассмотрены два случая, когда искусственный массив со свайным фундаментом характеризуется средними значениями Vs = = 450 м/с (случай I) и при Vs = 700 м/с (случай II) на глубину 30 м.

Рассмотренные выше результаты экспериментальных проверок изменения сейсмических условий под фундаментами зданий и сооружений в результате устройства искусственных оснований показывают, что эти изменения возможно прогнозировать. Прогнозная оценка сейсмических свойств грунтов после их улучшения методами инженерной подготовки может быть проведена с помощью соответствующего моделирования новых геосейсмических условий с последующим расчетом характеристик сейсмических воздействий по известным программам.

По данным выполненных опытных исследований по искусственному закреплению массива грунтов III категории (устройство свайного основания с опорой свай на плотные слабо сжимаемые галечниковые грунты) улучшило сейсмические условия строительства ориентировочно на 0.5 балла. При этом расчетные значения Аmax могут уменьшаться на 20–30%. На таких “улучшенных грунтах” после предварительного проведения инженерной подготовки территории возможно дальнейшее строительство при освоении Имеретинской низменности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Для оценки изменения первоначальных сейсмических условий под влиянием техногенных факторов предлагается совместное использование расчетных методов с традиционными сейсморазведочными и инженерно-геологическими исследованиями.

2. Совместное применение эмпирических и расчетных методов значительно повышает обоснованность прогноза сейсмической опасности, выраженной в единицах сейсмической интенсивности либо в форме расчетных акселерограмм.

3. На примере современной территории Имеретинской низменности показано, как менялись сейсмические свойства и сейсмические условия на грунтах II–III и III категорий под действием техногенных факторов, начиная с 1990-х годов (начало исследований для СМР), после подготовки территории под будущее строительство (2007 г.) и начала строительства олимпийских сооружений и последующей их эксплуатации (2011–2014 гг.). Примером могут служить некоторые участки с грунтами II–III категории (2007 г.), которые по сейсмическим свойствам ухудшились и стали ближе к III категории через 4–5 лет после строительства олимпийских сооружений. Изменились также характеристики сейсмических воздействий: кривые динамичности, максимальные (пиковые) значения ускорений (Amax), преобладающий период колебаний в максимальных пиковых ускорениях (Tmax). Следует также отметить, что при проведении крупномасштабных (более детальных) исследований могут меняться первоначальные представления о сейсмических свойствах грунтов.

4. Построена новая карта-схема СМР (по сравнению с картой 2007 г.) для современной поверхности Имеретинской низменности с учетом результатов детальных исследований и изменений сейсмических свойств грунтов под действием техногенных факторов – интенсивного строительства. Для разных участков на этой карте были предположительно оценены максимальные значения расчетных акселерограмм (Аmax).

5. Исследования показали, что новое строительство и реконструкция ранее построенных сооружений на территории Имеретинской низменности возможны только после предварительного проведения инженерной подготовки территории, заключающейся в выполнении интенсивного принудительного осушения и улучшения несущей способности илистых и песчано-глинистых грунтов оснований.

6. При проектировании и строительстве на грунтах III категории по сейсмическим свойствам для выяснения степени улучшения сейсмических условий относительно естественных после устройства искусственного основания, в том числе свайного, следует проводить специальные инженерно-сейсмологические исследования.

Список литературы

  1. Балабанов И.П., Гей Н.А. История развития Имеретинской лагуны в междуречье Мзымта-Псоу // Черноморский регион в условиях глобальных изменений климата: закономерности развития природной среды за последние 20 тыс. лет и прогноз на текущее столетие. М.: Географический ф-т МГУ, 2010. С. 25–41.

  2. Голованов А.М., Пашков В.И., Рево Г.А. Опыт закрепления просадочных и насыпных грунтов оснований фундаментов зданий и сооружений цементацией // Сб. научных трудов. Ростов-на-Дону: ОАО Институт “Ростовский Промстройниипроект”, 2004. С. 68–71.

  3. Ильичев В.А., Курдюк А.Ю., Лиховцев В.М. Методика оценки влияния искусственного основания на интенсивность и спектральный состав сейсмических колебаний // Основания, фундаменты и механика грунтов. 1992. № 6. С. 28–30.

  4. Миндель И.Г., Трифонов Б.А. Изменение сейсмических свойств грунтов в основании зданий и сооружений во времени, а также после их улучшения методами инженерной подготовки // Промышленное и гражданское строительство. 2003. № 10. С. 35–37.

  5. Озмидов О.Р. Оценка риска сейсмического разжижения грунтов геологического основания объектов олимпийского строительства в г. Сочи // Вестник Российской академии естественных наук. Инженерная геология. 2014. № 1. С. 48–54.

  6. Ратникова Л.И. Расчет колебаний на свободной поверхности и во внутренних точках горизонтально-слоистого поглощающего грунта // Сейсмическое микрорайонирование. М.: Наука, 1984. С. 116–121.

  7. Ратникова Л.И. Метод расчета сейсмических волн в тонкослоистых средах. М.: Мир, 1973. 124 с.

  8. Ратникова Л.И., Левшин А.Л. Расчет спектральных характеристик тонкослоистых сред // Изв. АН СССР. Физика Земли. 1967. № 3. С. 41–53.

  9. Севостьянов В.В., Миндель И.Г., Трифонов Б.А. Количественные характеристики сейсмических воздействий на ряде строительных объектов в г. Сочи по данным исследований последних лет // Сейсмостойкое строительство. Безопасность сооружений. 2005. № 5. С. 71–74.

  10. Уломов В.И. Вероятностно-детерминированная оценка сейсмических воздействий на основе карт ОСР-97 и сценарных землетрясений // Сейсмостойкое строительство. 2005. № 4. С. 60–69.

  11. Bardet J.P., Tobita T. NERA: A Computer Program for Nonlinear Earthquake Site Response Analyses of Layered Soil Deposits. University of Southern California. Deportment of Civil Engineering. January 2001. 44 p.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология