III. Грунты осадочного генезиса.

А. Д. Архангельский, М.С. Швецов, Н. М. Страхов, Л. В. Пустовалов, Л. Б. Рухин, У. Твенхофел, У. Крумбеин, Ф. Петтиджон, по сути, создали теорию литогенеза, анализа совокупности геологических процессов, определяющих состав, строение, состояние, преобразования осадочных отложений.

Основными факторами, определяющими особенности формирования и преобразования осадочных грунтов являются климатические условия и тектонические движения, определяющие, в свою очередь, температуру, давление, влажность.

Выделяют четыре основных типа литогенеза: гумидный, аридный, ледовый и вулканогенно-осадочный.

Во всех случаях литогенез делится на четыре стадии:

Гипергенез – выветривание – разрушение исходных грунтов. Здесь могут образовываться новые минералы, выноситься химические элементы, формироваться растворы.

Седиментогенез – перенос и отложение материала водным (флювиальным), воздушным (эоловым) или ледовым (гляциальным) путем и, соответственно, формирование аллювиальных, морских, эоловых, моренных и др. отложений.

Диагенез – начальный этап превращения осадка в породу (грунт).

Катагенез – начальные изменения породы (грунта) при погружении на большие глубины.

Метагенез – сильные изменения пород (грунтов), образование метаморфических пород или грунтов метаморфического происхождения.

При классифицировании грунтов осадочного генезиса в основу их разделения положены факторы, определяющие в конечном итоге состав, состояние, структуру грунтов.

Такими факторами являются:

1) исходный состав грунта;

2) условия и механизм, энергия переноса;

3) условия осадконакопления;

4) последующие трансформации.

1) минеральный состав часто характеризуется преобладанием вторичных минералов, из которых особенно важное значение имеют воднорастворимые и глинистые. Следствием является резкое отличие их свойств от свойств скальных грунтов – магматического и метаморфического происхождения.

2) значительное распространение среди осадочных грунтов имеют хемогенные и органогенные грунты – простые в химико–минеральном отношении – гипс, галит, доломит, известняк, опока и т.д.

3) для глинистых грунтов характерна слабая выветриваемость и сильная зависимость свойств от изменений окружающей среды.

4) наличие многих легко деформирующихся разностей (сжимаемых, сдвигаемых) при взаимодействии с создаваемыми сооружениями, проводимыми мероприятиями, обусловленные отсутствием или такими типами структурных связей, особенностями состава, строения грунтов.

Техногенез.

Под техногенными (культурными - археологическими) отложениями понимают верхние слои разреза населенных пунктов, в создании которых участвовали естественные и антропогенные факторы и условия. Они сложены минерально-породной массой и продуктами деятельности человека (строительный материал, бытовые отходы, предметы домашнего обихода). Формирование культурного слоя связано с мощением дворов, мостовых, площадей, строительством погребов, каналов, рвов, настилов, колодцев и пр.

Формирование техногенных отложений связано, с одной стороны, с геоморфологическими и геологическими условиями, а с другой стороны, с историей города, поселка, характером хозяйственно-культурной деятельности человека в данных географических и исторических условиях.

Ф. П. Саваренский разделил техногенные отложение на древние и современные (1938г.).

Современные отложения - рыхлый, не слежавшийся материал, содержащий неразложившиеся органические остатки. Он, как правило, непригоден для строительства без дополнительной обработки. Древние отложения успели уплотниться, приобрести связность.

Интенсивное накопление техногенных отложений происходит при производстве земляных работ: строительстве метрополитенов, котлованов и др.

Мощность техногенных отложений колеблется от нескольких сантиметров до десятков метров. Она зависит от времени образования населенного пункта, рельефа местности и других факторов. Овраги, пруды, речные долины, рвы являются местами накопления техногенных отложений в связи с использованием их в качестве накопителей мусора и засыпкой при планировке территорий, подготавливаемых для строительства.

Грунты техногенных отложений не прошли “естественную сортировку” и поэтому весьма неоднородны и обусловлены чаще всего в общей массе: 1) геологическими условиями местности, а состав включений – 2)хозяйственно-культурной деятельностью человека на данной территории. В связи с этим интерес к ним разных специалистов неоднозначен.

Техногенный грунт одновременно является хранителем исторических, археологических ценностей и, соответственно, объектом охраны, а с другой - искусственным образованием, разрушающим исторические памятники, источником агрессивных растворов и др., ухудшающих функционирование памятников архитектуры, увеличивающих, по мере накопления, негативное влияние на естественно-историческую среду (Южная стена ТСЛ, Михеевская церковь).

Анализ гранулометрического состава техногенных отложений гг.Белозерска и Новгорода выявил наличие бимодальных и тримодальных распределений частиц по размерам. Одна вершина распределения соответствует глинистой фракции, другая - алевритовой, третья - гравийной. Бимодальные распределения показывают преобладание песчаной и гравийной фракций. Велика неоднородность размеров частиц.

Анализ свойств техногенных грунтов показал существенное влияние на них содержания органического вещества. Коэффициенты корреляции показателей физико-механических свойств с содержанием органического вещества составили 0,7- 0,8.

Со сравнительно быстрыми изменениями во времени свойств и содержания в грунтах органического вещества часто связано сравнительно быстрое изменение во времени физико-механических свойств грунтов.

Техногенные отложения часто обладают повышенными фильтрационными параметрами, которые способствуют формированию фундаментных вод и “верховодки”, самоподтоплению, а, соответственно, изменению состояния грунтов сферы взаимодействия, уменьшению их несущей способности, увлажнению фундаментов, опирающихся на них наземных сооружений: стен, колон и др., нарушению температурно-влажностного режима интерьера, активизации морозного пучения, заболачивания территорий, прилегающих к памятнику.

Анализ гидрогеохимичесих свойств техногенных отложений показал, что наличие значительного количества органического углерода в техногенных накоплениях увеличивает их растворяющую способность по отношению к строительным конструкциям и создает благоприятную среду для микробиологической коррозии.

Наличие сочетания резко отличающихся по составу и свойствам материалов создает благоприятные условия для развития микроорганизмов.

Изучение техногенного слоя часто требует не только инженерно-геологических, но и историко-археологических методов.

На многих исторических территориях в центральной части России стратификация техногенных отложений производится в соответствии со строительными периодами:

1) деревянного зодчества – Ростов Великий;

2) белокаменного зодчества – Лавра, Ростов и др.;

3) кирпичного зодчества – Ново-Иерусолимский м-рь.

Важным моментом при выборе методов исследования техногенных отложений является принцип - “не навреди”, провозглашенный в хартии Мегариде - основном руководящем источнике для лиц, занимающихся реставрацией или реновацией историко-архитектурных комплексов.

Для изучения техногенных отложений используются полевые и лабораторные методы, включающие изучение:

- объекта в связи с сохранением памятника архитектуры;

- техногенного слоя как памятника истории и культуры;

- микрорельефа и палеогеографической обстановки;

- мощности, особенностей структуры, состояния и состава;

- гидрогеологических условий с учетом показанных выше

особенностей;

- свойств грунтов под фундаментами и вне его;

- параметров процессов и их взаимосвязь.

Целесообразным элементом инженерно-геологических исследований является организация мониторинга инженерно-геологических и физико-геологических процессов до начала основных работ.