ОЦЕНКА ИНЖЕНЕРНО–ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НЕУСТОЙЧИВОЙ МЕСТНОСТИ ДЛЯ ГОРОДСКОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ПОСЕЛКА UMKA, ЮГОСЛАВИЯ

Branko Jelisavac, Vladeta Vujanic, Svetozar Milenkovic & Milovan Jotic
Дорожный институт (электронная почта: geoteh@ptt.yu)

Перевод с английского: Шилова М. С.

Источник: http://copy.yandex.net.pdf

Аннотация

   В Белграде и его окрестностях известны частые случаи подвижек местности. Было зарегистрировано более 1000 оползней, в основном в местах понижения рельефа и на склонах рек Сава и Дунай, сложенных преимущественно из мягких пород миоцен–плейстоценового комплекса: глин, мергелей и песков.

   Поводом для образования большого числа оползней служат геолого–морфологические условия местности. Однако часто основной причиной является человеческий фактор. Как следствие многочисленные новые оползни возникают в результате реактивации старых.

   Поселок Umka расположен вблизи реки Сава в пригороде Белграда. В течение четырех десятилетий здесь проводилась обширная урбанизация, что также оказало неблагоприятное влияние на неустойчивые участки рельефа. Параллельно со строительством коммунальной инфраструктуры не производились работы по укреплению склонов, что привело к реактивации старых оползней, которые распространяются на территории более чем 500 жилых домов и коттеджей. В дополнение к явной эрозии реки Сава, крупномасштабные процессы оползней стали особенно выраженными после интенсивного развития водопроводной сети, что сопровождалось неисправной работой канализации. В течение нескольких десятилетий проблемы усугублялись и имеют особенности стихийных бедствий.

   В целях подготовки городского плана поселка Umka (700 гектаров), наше учреждение подготовило геотехническую документацию, которая помогла определить землепользование местности. Геотехническая документация была создана на основании детальных инженерно–геологических исследований местности и, опирается на результаты инженерно—геологического мониторинга автомагистрали Белград — Южная Адриатика на берегу реки Сава.

   В исследуемой области было зафиксировано пять больших неустойчивых склонов, с очень обширными и, главным образом глубокими оползнями различных уровней активности. В целом оползнеопасная область составляет 310 га, или 44% от площади исследования, 170 га занимают активные оползни и 140 гектаров — затухающие. Общий объем оползневых масс составляет около 20 000 000 кубических метров.

   Ключевые слова: Оползни, анализ местности

ВВЕДЕНИЕ

   Белград и его окрестности славятся участками нестабильности, что особенно выражено в пределах долин рек Сава и Дунай и их основных притоков. Генезис многочисленных и зачастую очень обширных по масштабам оползней связан с комплексом геологических и морфологических условий местности. Однако, основной причиной, в наше время чаще всего является деятельность человека.

   Активизации обширных и глубоких старых оползней, на участке от поселка Умка до Бариевого, образованных, вдоль правого берега большой меандры реки Сава, в начале прошлого века во время строительства железнодорожной линии Белград — Ужица, удалось избежать, благодаря геологу профессору M. T. Луковик.

   Детальные геолого—геотехнические исследования этих оползней начались в 1979 году, после того, как было принято решение относительно проекта и маршрута автомагистрали Белград — Умка — Обреновак, которая тянется далее к Южной Адриатике. Дополнительные исследования и мониторинг оползней были возобновлены в 1990–1993 годах и в начале 2005 года. Подготовка эскизного проекта продолжается и ныне. Некоторые особенности создания автомагистралей в оползнеопасной зоне были приняты во внимание. Было представлено два варианта: первый — за счет снижения уровня основания дороги в сторону реки и второй — ее прокладки вне оползней (к середине нынешнего русла реки Сава). Первый вариант является более рентабельным, вмешательства в речной канала меньше, и устраняется основная причина скольжения, таким образом, более широкая область, идущая вверх, стабилизируется. Второй вариант требует радикального изменения положения речного стока, от крутого правого берега к пологому левому берегу, за счет заполнения существующего канала и создания нового на террасе реки, которая к тому же является охраняемой — источник водоснабжения для Белграда.

   В предыдущие периоды, градостроители несколько раз пытались, сформировать план развития поселка Umka и завершить строительство объектов на оползнеопасных участках. Только в 2001 году по инициативе властей города Белграда, Городское бюро и Дорожный институт приняли участие в решении этого сложного вопроса. Обширная область исследования, расположена на двух выровненных холмах, на склонах правого берега реки Савы, и в долине ручья Umka. На всех склонах были зарегистрированы очень обширные оползни различных уровней активности, которые ставят под угрозу сохранность домов, инфраструктуры и сельскохозяйственных угодий.

   Целью является подготовка геотехнической документации, обобщающей все предыдущие исследования и инженерно–геологическое районирование, и, следовательно, определение требований к местности, предназначенной для использования и получение информации для концептуальных решений по защите территорий, нарушенных затухающими и активными оползнями. Вся область сгруппирована в шесть городских зон:

• Зона I: Оползень «Umka» и главные дороги М–19 Белград — Обреновак в области активных оползней (по решению вопросов о том, рентабельны ли защитные мероприятия в этой области и, как обеспечить движение на дороге);
• Зоны II, III, IV: Территории существующих и проектируемых жилых зон (на затухающих и активных оползнях);
• Зона V: Недавно запроектированный поселок Rucka;
• Зона VI: Определение технических требований для мягкого аллювия от реки Сава.

РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

   Результаты обширных полевых и лабораторных исследований расширили наше представление относительно этого типа очень распространенных оползней, появляющихся в Третичных ландшафтах. В районе оползней множество колодцев/шахт, пьезометров и инклинометров. Они позволили нам непосредственно наблюдать структуру оползневого тела, последующие изменения пористости, влажности, проницаемость, фиксировать и контролировать трещины потенциальных и действующих поверхностей оползня. Благодаря постоянному мониторингу появилась возможность установить механизм, глубину, относительную скорость, динамику и направление скольжения, а также режим поверхностных и подземных вод.

   В ходе последних четырех десятилетий в поселке Umka наблюдалась активная урбанизация. Скользящий процесс стал еще более интенсивным после урегулирования водного стока, который не сопровождался работой канализации.

   Изучаемая территория в 700 га, неравномерно заселена, занимает плато реки Сава (уровень зеркала 73–76) и ручей Umka (уровень зеркала 80–100), и гребни (уровень зеркала 185–199). Umka имеет континентальный климат со среднегодовым количеством осадков около 700 мм.

   Породы сложены морскими и озерными отложениями миоцена (мергелистые глины и мергели) и гетерогенными четвертичными отложениями (colluvial, пролювиально аллювиальные и делювиальные).

   Конфигурация формы канала реки Сава связана с явной изменчивостью ширины и уровня русла реки. Река в оползневой зоне Umka имеет ширину 180 м (с речной глубиной канала 15–17 м), в то время как вверх и вниз по течению 400–650 м (с речной глубиной канала около 9 м). Режим течения реки Сава и разгрузки зависит от условий в месте слияния, то есть от стока реки Дунай и эксплуатации гидроэлектростанции Djerdap. Правящие уровни реки Сава следующие: высокие 77,00; 73,50 средние и низкие 70,10.

   Четвертичные отложения и выветрелые отложения миоцена, в связи с их структурой, пористостью и положением в рельефе, с геотехнической точки зрения представляют собой — «гидрогеологический сборный трубопровод», с преобладанием неблагоприятных физико–механических свойств. Пластичная, деградированная массы глины скользит по компактному, твердому и непроницаемому слою основания, сложенного из массивных мергелей (M3²L). Это одна из основных причин возникновения неустойчивости в этом регионе. Основной особенностью грунтовых вод является то, что они создаются инфильтрованными осадками — система питания, за исключением прибрежного пояса реки Сава и ручья Umka, где режим грунтовых вод зависит от изменения уровня воды.

   В существующих историко–геологических и климатических условиях, ландшафт постоянно подвергается эрозии, вызванной поверхностными потоками — в частности, рекой Сава и воздействием атмосферных осадков, в результате чего возникновение нестабильности длится до сих пор по «передаче» от определенных узких мест к другим, в зависимости от некоторых новых внешних факторов. В наши дни антропогенные факторы имеют большое влияние: появление большого количества загрязненных вод, изменение потока или режима воды в реке Сава и сезонные внезапные изменения гидравлического градиента.

   Оползнь «Umka» населен, и пересечен автомобильной магистралью Белград — Обреновак. В последние сорок лет произошло обширное заселение местности. Около 500 объектов было зарегистрировано непосредственно на теле оползня в период 1960–1991. Была установлена система водоснабжения, в то время как 160 колодцев и скважин оказались загрязненными сточными водами.

   Около 80% структур имеют значительные убытки из-за подвижек местности. Состояние структур/зданий на начало 2005 года: 35 зданий разрушены, 90 зданий, склонны к срыву, 260 поврежденных объектов, незначительные повреждения на 85 зданиях. Примерно на 30 недавно построенных единицах, не были зарегистрированы деформации. Масштабы ущерба возрастают из–за большого количества загрязненных вод, вступающих в ландшафт («подземные реки» с годовым стоком 45 000 000 кубических метров воды). Эти «реки» затапливают и разрушают ландшафт, путем изменения его структуры, физико-химических и механических свойств.

   На основании существующих инженерно–геологических особенностей местности (геологические структуры, морфология, природная устойчивость, физико-механические свойства выделенной среды, условия грунтовых вод и т.д.) было выделено четыре инженерно–геологических района, разделенных на шесть микрорайонов. Требования по рекомендации для защиты, улучшения ситуации были даны для каждого района следующим образом:

• Район I — река и ручьи плато, с микрорайонами Ia (река Сава) и Iб (ручей «Umka»),
• Район II — стабильные склоны, с микрорайонами IIa и IIb,
• Район III — местности перехваченные затухающими и активными оползнями, с микрорайонами IIIa и IIIb,
• Район IV — области правого берега долины ручья Duboko, пересекаемого ущельями.

МЕЛИОРАЦИЯ И ЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

   Вообще говоря, в рамках улучшения — были предложены следующие защитные мероприятия, необходимые для стабилизации местности, на уровне городского плана Umka:

• Защитное строительство — сдерживающая набережная на правом берегу реки Сава (зона I — оползень «Umka»),
• Строительство облицовочных структур,
• Строительство дренажных систем,
• Строительство открытой сети каналов для разгрузки поверхностного стока,
• Аттестация и скимминг деформированных поверхностей,
• Лесонасаждение,
• Улучшение ландшафтов IV зоны, подверженных сезонным наводнениям, путем создания широкой набережной.

   Была проверена естественная стабильность при предельном состоянии равновесия, проведен многочисленный геостатический анализ, а также проверены последствия предлагаемых мер мелиорации и защитных мероприятий:

• Зона I оползень «Umka»: вся зона расположена на активном оползне на площади 60 га и с глубиной 10–25 м (микрорайон IIIb). Здесь был зарегистрирован очень высокий уровень грунтовых вод. Процессы скольжения, появление оползня предопределено структурой геологических и гидрогеологических особенностей этой местности, т.е. наличие нарушенных глинистых материалов, которые при водонасыщении имеют плохое сцепление. Ландшафт с градиентом 8–15 градусов подвергается эрозии на правом берегу реки Сава, в следствии воздействия поверхностных и подземных вод (природного и антропогенного происхождения). Было высказано предложение, чтобы остановить дальнейшее строительство на оползне и рассмотреть идею частичного или полного переселения населения. На основании геотехнических исследований на уровне концептуальных решений, мы пришли к двум вариантам решения проблемы:
• Первый вариант предусматривает стабилизацию оползня «Umka», т.е. всей городской зоны I. Она включает в себя защитное строительство — сдерживающей набережной, как структуры регулирования, вдоль правого берега реки Сава, которая могла бы сыграть роль земляного полотна для будущей автомагистрали Белград — Южная Адриатика, участок Umka — Обреновак. Установление набережной вдоль правого берега требует расширения русла реки на левом берегу канала реки Савы на участке около 2 км. Кроме того, на оползнеопасных участках необходимо строить дренажные системы и сдерживающие конструкции из самонесущих свай AB, сеть каналов для приема поверхностных и канализационных вод и лесонасаждения.
• Второй вариант предусматривает стабилизацию оползня на узком поясе и гарантирует более безопасное движение на дороге Белград — Обреновак. Защитные мероприятия предполагают строительство сдерживающих конструкций в поддержку свай AB, дренажной системы, канала для забора поверхностных вод с водоводов и облесение местности.
• Зоны II и III — существующее и планируемое местожительства: они расположены на старых затухающих оползнях реки Сава, в долине ручья Umka и близ дороги к поселку Rucka (микрорайон III). Пограничные регионы находятся в зоне активных оползней (5–10 м в глубину). В заселенных зонах есть система водоснабжения, но нет системы сбора дождевой воды и канализационной сети. Загрязненные воды стекают в отстойники. Местные каналы повреждены. Ручей Umka частично отрегулирован и им можно пренебречь. На всем участке необходимо строительство открытых и закрытых каналов для стока поверхностных и канализационных вод. Строительство дренажей и удерживающих конструкций предполагается в качестве превентивной меры, направленной на предотвращение расширения активных и реактивации затухающих оползней. Ручей Umka должен быть очищен и отрегулирован, в то время как лесонасаждение должно осуществляться на активных оползнях. Зона IV расположена в долине реки Сава, вдоль подножия затухающего оползня, с глубиной до 5 м, где планируется строительство новой улицы (50 м в ширину). Градиент составляет около 5°. Уровень грунтовых вод высок, тогда как поверхностные воды, неорганизованно стекают со стороны аллювиальных плато реки Сава. Предполагается построить открытые каналы и дренажные системы.
• Зона V — недавно запроектированное строительство в поселке Rucka, который занимает устойчивый участок, высокое холмистое плато подходящее для урбанизации.
• Зона VI — занимает широкое аллювиальное плато реки Сава, уровень зеркала — 72–73. Речные отложения толщиной 10–13 м, сложены переслаивающимися илистыми и песчаными породами. Грунтовые воды носят сезонный характер. Мелиорация предполагается строительством широкой набережной, сделанной из выемки песка. Уровень зеркала заполнения два метра выше среднего уровня воды реки Сава. Консолидация ландшафта и улучшение свойств сопротивления почвы против деформации будет вызвано понижением набережной (10–15 см), которое будет проводиться в течение года. Дренаж воды будет улучшен путем строительства канала в направлении реки Сава. Восстановленные районы могут быть использованы для парков, спортивных сооружений и строительства малых структур.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   Старые оползни расположены в долинах реки Сава и ручья Umka, образованы из пород миоценового комплекса глин и мергелей, и, таким образом в результате комплекса геолого–морфологической эволюции местности. Глинистые коллювиальная толщина переменных, в гипсометрически высоких частях местности он составляет чаще всего 5–10 м, в то время как в прибрежной части реки Сава она составляет 20–25 м.

   Процесс скольжения является следствием ухудшения физико-механических свойств сильно пластичной глины, которые ослабили сопротивление (φ = 7–13 °, Сr = 0 кПа, также связано с постоянной гидравлической связью основания склона и речной сети. Очень активные процессы скольжения в заселенных частях склона являются следствием бесконтрольного строительства и многолетнего стока большого количества загрязненных вод.

   Дальнейшая урбанизация поселка Umka должна быть ограничена на стабильных участках местности с обязательным строительством канала и канализационной сети, чтобы снять сток поверхностных и загрязненных вод. Часть старых оползней, охваченных урбанизацией, должна быть гидротехнически обустроена, через строительство дренажа и защитных сооружений.

   Наиболее уязвимая часть в прибрежной зоне реки Сава будет стабилизирована только после строительства набережной, что позволит предотвратить подмыв неустойчивых склонов.

Ссылки:

   MITROVIC P., JELISAVAC B., 2001, Geolosko — geotehnicka dokumentacija sa predlogom mera sanacije i melioracije terena za nivo regulacionog plana naselja Umka, Institut za puteve a.d., Beograd. VUJANIC V., JOTIC

   M., BOZINOVIC D., CORIC S., 1995, Sinteza rezultata geotehnickih istrazivanja klizista na Savi: Umka i

   Duboko, II Simpozijum istrazivanje i sanacija klizista, Donji Milanovac.