Минеральный состав современных просадочных отложений в основании строящейся автомобильной дороги А 289
Герасимов Александр Юрьевич
Лаврусевич Андрей Александрович
Аннотация
Результаты минерального состава современных техногенных просадочных грунтов, выявленных при строительстве автомобильной дороги в Краснодарском Крае. Объектом исследования являются связные дисперсные грунты, сформировавшиеся на территориях выведенных из эксплуатации рисовых чеков, где за период эксплуатации в основании чеков образовались современные техногенные просадочные грунты, связанные с изменением гидрогеологических условий участка исследования в среде аридного климата, а также многокомпонентностью агромелиоративной системы. Исследован минеральный состав современных просадочных грунтов и проведен анализ участка исследования, как объекта агромелиорации.
Практический интерес исследования минерального состава грунтов заключается, в том, что при строительстве транспортной инфраструктуры или иных сооружений, зданий, коммуникаций на недействующих рисовых оросительных системах Краснодарского края или выведенных из эксплуатации, был проигнорирован тот факт, что процесс образования просадочных грунтов в условиях активного почвенного выветривания, изменения гидрогеологического режима подземных и поверхностных вод, химического состава подземных и поверхностных вод, а также существенного преобладания количества испаряемой с поверхности земли влаги над количеством выпадающих осадков, протекает значительно быстрее, чем в природных системах грунтов.
Современные просадочные грунты можно отнести к техногенным геологическим телам, образовавшиеся в условиях агромелиорации участка исследования. минеральный состав глинистый грунт
Ключевые слова: минеральный состав глинистых грунтов; связные дисперсные грунты; просадочность; изоморфизм глинистых минералов; современные техногенные отложения агромелиоративных тел; техногенные факторы развития просадочных грунтов; рисовая оросительная система; стратифицированные природно-техногенные геологические тела
Gerasimov Alexander Yur'evich
Lavrusevich Andrey Aleksandrovich
Mineral composition of modern subsidence sediments at the base of the road A 289 under construction
Abstract. The authors present the results of the mineral composition of modern man-made subsidence soils identified during the construction of a road in the Krasnodar Territory. The subject of the research is cohesive disperse soils formed on the territories of decommissioned rice bays where during the period of operation modern technogenic subsidence soils have formed in the base of the bays, associated with changes in the hydrogeological conditions of the study area in an arid climate, as well as multi-component agromeliorative system. The mineral composition of modern subsidence soils was investigated and the analysis of the study site as an object of agro-reclamation was carried out.
Practical interest of research of a mineral structure of soils consists, that at building of a transport infrastructure or other constructions, buildings, communications on not working rice irrigation systems of Krasnodar territory or decommissioned, the fact that process of formation of the subsiding grounds in the conditions of active soil weathering, changes of a hydrogeological mode of underground and surface waters, chemical composition of underground and surface waters, and the significant predominance of moisture evaporating from the ground surface over precipitation, proceeds much faster than in natural soil systems.
Modern subsidence soils can be attributed to technogenic geological bodies, formed under conditions of agromelioration of the study area.
Keywords: mineral structure of clay soils; cohesive disperse soils; subsidence; isomorphism of clay minerals; modern technogenic deposits of agromeliorative bodies; technogenic factors of development of subsident soils; rice irrigation system; stratified natural and technogenic geological bodies
Введение
Огромные площади Российской Федерации занимают просадочные и лессовидные грунты. В связи с постоянным ростом объемов строительства осваиваются все новые и новые территории, на которых приходится сталкиваться со значительными проблемами, связанными с просадочными грунтами, которые требуют, как экономического пересмотра параметров объекта строительства, так и с дополнительными затратами, сдвигающими сроки ввода в эксплуатацию на неопределенный период. Территория Российской Федерации по разным источникам поражена процессом просадочности более 30 %.
Актуальность исследования: в рамках строительства автомобильной дороги были выявлены ареалы распространения просадочных грунтов при проведении планировочных объемно-земляных работ по устройству грунтового основания под автодорожную насыпь. Просадочные грунты не выбирались на полную глубину в силу незначительной их мощности.
В рамках объемно-планировочных земляных работ при снятии почвенно-растительного слоя были вскрыты современные техногенные просадочные грунты. В следствие аномальных осадков данные грунты были замочены. В последствие при выполнении строительномонтажных работ был выполнен песчаный пригруз для ускорения консолидации грунтов основания. Для оценки результатов принятого решения циклично ведется геотехнический мониторинг для определения деформаций осадки автомобильной дороги. На сегодняшний момент осадка насыпи автомобильной дороги стабилизирована и не превышает 1 мм в месяц Технический отчет по инженерно-геологическим изысканиям на объекте: «Строительство и реконструкция автомобильной дороги А-289 Краснодар-Славянск-на-Кубани-Темрюк-автомобильная дорога А-290 Новороссийск-Керчь» для стадии Рабочая документация, 2022 г., в следствие чего можно судить о деградации свойств просадочности данных грунтов в основании автомобильной дороги.
Объектом исследования являются современные просадочные грунты, слагающие основания недействующей рисовой оросительной системы совхоза Краснооктябрьского, где в рамках развития дорожной сети Краснодарского края происходит строительство автомобильной дороги А 289.
Участок проектируемой автомобильной дороги ПК 985 -- ПК 1043 проходит по участку рисовой оросительной системы, выведенной из эксплуатации. Мелиоративная рисовая система была построена в 1970 годах. С момента её ввода в эксплуатацию она встала на баланс АО «Кубаньмелиоводхоз». Капитального ремонта каналов и рисовых чеков с момента ввода в эксплуатацию не проводилось. Данная мелиоративная система относится к IV классу гидротехнических сооружений. На момент производства инженерно-геологических изысканий рисовые чеки на ПК 985 -- ПК 1043 не действовали более 20 лет и были выведены из эксплуатации.
Территория участка исследования располагается в пределах Кубано-Приазовской низменности. В геоморфологическом отношении участок изысканий относится к плоской равнине, сложенной частично речными наносами, а также лиманами.
В этой части Краснодарского края (район Станицы Варениковской) находится множество больших и малых лиманов, ериков и каналов. Вода в лиманах насыщена хлоридными и сульфатно-хлоридными солями.
Климат Кубано-Приазовской низменности умеренно континентальный, с недостаточным увлажнением.
Кубано-Приазовская равнина -- низменная аллювиальная равнина с обширными поймами, простирается от долины реки Кубань до Азовского моря и северной границы края. Уклон равнины -- в северо-западном направлении.
Преобладающие формы рельефа -- сухие русла и прирусловые гряды бывших ериков, междугрядовые понижения.
Абсолютные отметки участка изысканий составляют -0,44 и до 1,00 м БС. Участок имеет слабонаклоненный равнинный рельеф.
На территории Краснодарского края широко развиты процессы просадочности и относятся к лессовидным грунтам, распространенным на равнинной части края. Наибольшие значения относительной просадочности характерны для лессов, покрывающих обширные плоские водоразделы, их склоны, поверхность высоких террас и пойм. Просадки разделяются на естественные, происходящие при естественном увлажнении, и техногенные, возникающие вследствие хозяйственной деятельности человека.
Современные аллювиально-лиманные глинистые отложения образуются постоянными водными потоками с образованием пойменных и надпойменных террас. По условиям накопления просадочные грунты относятся к пойменной фации. Четвертичные глинистые грунты на объекте строительства обладают значительной мощностью и однородностью. Данная информация свидетельствует о значительной мощности водных потоков, участвующих в их формировании. Стоит отметить, что именно современные аллювиально-лиманные отложения были антропогенно преобразованы в современные техногенные геологические тела.
Основными механизмами образования современных техногенных геологических тел на участке исследования в границах Совхоза Краснооктябрьский являются: механическая трансформация техногенных тел, физическая трансформация техногенных тел, химическая трансформация техногенных тел [1].
На участке исследования активно протекают процессы физического и химического выветривания, с которыми агро-комплексные предприятия пытаются бороться посредством посадки лесополос вдоль возделываемых полей, а также уменьшением содержания солей в почвах и массивах воды, используемых для агромелиорации.
Среди особенностей рисовых почвогрунтов стоит отметить их антропогенную преобразованность их профиля. В процессе строительства рисовых систем проводились капитальные планировки, т. е. искусственное преобразование рельефа, сопровождавшееся перемещением значительных масс почвогрунтов. Срезка массивов почв, в т. ч. плодородных, и грунтов естественного залегания на повышениях и засыпка понижений в процессе нивелировки поверхности существенно изменили исходное морфологическое строение большинства почв. Строительство рисовых систем снивелировало естественные элементы мезо- и микрорельефа. Большинство мелких грив, имеющих широкое распространение срезано, а понижений засыпано при планировочных работах. Однако элементы макрорельефа в определенной мере сохранились: плоские обширные депрессии сохранили свои минимальные отметки местности, а на местах прирусловых валов-ериков выявляются наиболее высокие чеки. Обычно выделяются следующие категории чеков, высотное различие которых составляет 0,25-0,5 м: высокие, средневысокие, средние, низкие и очень низкие чеки.
В 1965 г. свою классификацию лёссовых пород, основанную на генетическом принципе, предложил Н.И. Кригер. Его классификация отличается широтой охвата, подробностью и основательностью. В ней учитываются условия формирования пород в процессе их седиментации и эпигенеза. При этом для простоты классификации Н.И. Кригером не выделяются полигенетические типы лёссовых пород, имеющие признаки различного происхождения. Н.И. Кригер выделил 3 группы лёссовых пород: лёсс (являющийся исключительно ископаемым образованием), ископаемые и современные лёссовидные отложения.
В соответствии с классификацией лессовых пород по Н.И. Кригеру, 1965, современные просадочные грунты относятся к аллювиальному генезису, лёссовидные суглинки и супеси пойм, пересыхающих водоёмов и пр. [2].
Участок исследования относится к аллювиальной гипотезе образования лёссовых пород. В силу значительного изменения гидрогеологического режима, химических свойств грунтовых и поверхностных вод, при непосредственном участии климатических особенностей участка исследования, а также объемно-планировочных решениях при создании рисовой оросительной системы, все это в совокупности факторов, преобразовало верхнюю часть разреза аллювиальных отложений в так называемую подсушенную «корку» в основании чаш рисовых чеков, оросительных каналов и грунтов природного сложения. Данные грунты необходимо стратифицировать, как природно-техногенные агромелиоративные геологические тела. Стоит отметить, что при создании рисовой оросительной системы, аллювиальные суглинистые грунты основания уплотняли, что привело к серьезному нарушению, а местами и к полому отсутствию дренирования поверхностных вод и первого от поверхности четвертичного аллювиального водоносного горизонта в рисовых чеках и в основании каналов. Также интересен тот факт, что ареалы по мощности развития просадочных свойств грунтов схожи в интервале ПК 985 -- ПК 1043 строящейся автомобильной дороги А-289. Ареалы просадочности суглинистых грунтов носят островной характер, а не выдержанный по простиранию залеганию грунтов в основании рисовых чеков. Просадочные грунты слагают основание рисовой оросительной системы, что подтверждает их структурное образование в рамках строительства и эксплуатации агромелиосистем.
Рисовая оросительная система на ПК 985 -- ПК 1043 не действует с 1996 г., так как земляные валы требовали капитального ремонта и были выведены из эксплуатации посредством отключения от общей оросительной системы. С 1996 по 2000 год производились работы по капитальному ремонту валов, которые так и не завершились вводом в эксплуатацию рисовых чеков. Далее данные территории использовались для выращивания суходольных культур, которые привели к уменьшению природной влажности нижележащих глинистых грунтов. В период с 2000 по 2023 год данные грунты в условиях аридного климата, а также присутствующего перекрывающего с дневной поверхности связанного почвенно-растительного слоя привело к образованию зоны грунтов с недостаточным увлажнением. Вследствие этого за промежуток времени более 20 лет под воздействием внешних и внутренних протекающих процессов в массиве связных грунтов образовались карбонатные скелеты остатков органических веществ. Стоит отметить, что при исследовании грунтов с 2019 года по 2021 год природная влажность просадочных грунтов после снятия почвенно-растительного слоя увеличилась в 2 раза с 10,3-11,3 % на ПК 995 и ПК 1027 (2019 год, глубины 1,3-1,7 м) и до 21,2-21,6 % (2021 год, глубины 1,3-1,7 м).