Геологические изыскания для коттеджного строительства.

В «постсоветский»  период бурными темпами развивается  строительство коттеджей, особенно в ближайшем Подмосковье.  Оттесняя  6-соточные участки садоводческих товариществ с  самодельными домиками-скворечниками и полиэтиленовыми парниками, все плотнее сжимается вокруг Москвы «красный пояс» - зона кирпичных особняков, усадеб и дворцов, построенных в разнообразнейших стилях, в соответствии с эстетическими причудами и финансовыми возможностями своих хозяев.

Выбирая живописный участок как можно ближе к МКАД, а затем, возводя огромные  дома и бассейны по картинкам из гламурных журналов, граждане, как правило, мало обращают внимания на особенности геологического строения участка,  на котором будет покоиться их дорогостоящая недвижимость.

Обычно  после первой - второй зимы в новом доме хозяева начинают задаваться вопросами:
- «Почему треснул могучий фундамент любимого жилища?
- Почему подземный гараж (боулинг, сауна …) доверху заполнен водой, а бассейн с полуметровыми бетонными стенами и ультрасовременной гидроизоляцией, наоборот, лопнул и не держит воду?
- Почему стены перекосило так, что не открывается (не закрывается) ни одна испанская дверь и ни одно европейское окно?  
- Почему садовые дорожки вздыбились, и напоминают трассу для бобслея?
-  Что делать?!  И, самое главное, - кто виноват?!!».
                            Ответ банален - виновата Природа, -  Ваша мать!

Что противопоставить темным силам земных недр?

 - Противопоставить можно  только  твердое, научно обоснованное знание о геологическом строении участка. Причем, как и в случае с зубным кариесом, профилактические мероприятия проще и  дешевле, чем лечение разыгравшегося недуга. Расходы на фундамент обычно составляют около 40% от общих расходов на строительство дома, но они могут возрасти в несколько раз, если, например,  не продумана оптимальная  система дренажа или гидроизоляции. Для этого еще на стадии принятия проектных решений по строительству здания необходимо тщательно изучить и количественно (в конкретных цифрах) оценить параметры грунтов и вод.

В пределах Москвы любое строительство обязательно предваряется инженерно-геологическими изысканиями и, не смотря на это, с пугающей регулярностью проседают дома и улицы в нашем городе.  Частное строительство в Подмосковье не столь жестко регламентируется строительными номами и правилами, что и приводит к еще более  серьезным упущениям при выборе проектов сооружений.        

Что же может ожидать нас при строительстве  в Подмосковье? Для ответа на этот вопрос освежим свои естественнонаучные знания и представим  обобщенный геологический разрез Подмосковья  (рис.1).

В основании холмов и долин Подмосковья залегают  известняки, служившие материалом для постройки первого Кремля, которым древняя Москва обязана своим названием «белокаменная». Кое-где по долинам рек известняки выходят на поверхность – например, на р. Пахре у села Большой Ям, а так же в р-не железнодорожной станции «Силикатная». Судя по находкам  моллюсков и кораллов, эти известняки относятся к каменноугольной системе и их абсолютный возраст равен 350-285 млн. лет. Над известняками залегают черные,  вязкие глины с раковинами головоногих моллюсков - аммонитов и белемнитов. Это морские глины юрского возраста (180-135 млн. лет).  Отложения следующего геологического периода, мелового, широко распространены в окрестностях Москвы. Это бурые и зеленоватые глауконитовые пески с морской фауной и светлые кварцевые пески, залегающие,  например, в основании Ленинских гор (возраст  около120  млн. лет)

Самые молодые, четвертичные отложения развиты под Москвой повсеместно. Это пески и галечники современных рек, глины с валунами, оставленными древними ледниками, и  песчано-глинистые межледниковые осадки.

История Подмосковья в приведенном отрезке времени (от каменноугольного периода до современного)  отличается большим разнообразием событий. Здесь неоднократно происходили трансгрессии (наступления) моря  (в  каменноугольном, юрском и меловом периодах), при которых шло образование морских осадков, и регрессии (отступления) моря. Во время регрессий территория Подмосковья превращалась в сушу, на поверхности которой работали разрушительные силы ветра, воды, льда. Как и сейчас, в прошлом также текли  реки, расчленяющие поверхность  и выносящие огромное количество обломочного и растворенного материала в древние морские водоемы.  Особенно долго существовали континентальные условия в Подмосковье между каменноугольным и юрским периодами (около 80 млн. лет) и после меловой эпохи, когда море совсем покинуло этот район. Четвертичный период в Подмосковье ознаменовался периодическими наступлениями из Скандинавии мощных ледников, оставляющих после себя многочисленные валуны, глины и суглинки (моренные отложения) и сформировавших специфические формы рельефа, например, Клинско-Дмитровскую гряду.

В перечень подстерегающих нас в Подмосковье инженерно-геологических бед, слава Богу, не входят такие катастрофические явления как извержения вулканов, разрушительные землетрясения, селевые потоки, цунами  и снежные лавины. Однако и без них возможных неприятностей предостаточно.  Кратко перечислим важнейшие из современных геологических процессов, распространенных в Московской области.

1. Гравитационные смещения пород на склонах и откосах.

В эту группу процессов входят:
Обвалы - отделение от склона массы горных пород, их опрокидывание и обрушение вниз частью путем свободного падения, частью путем перекатывания по склону. Могут возникать при крутизне склона более 45°.
Осыпи - отделение от склона («шелушение»)  мелких обломков пород (дресва, щебень). Образуются при крутизне склона от 30 до 60°, характеризуются коэффициентом подвижности осыпи k= ±/Ж, где ± - угол поверхности осыпи, Ж - угол естественного откоса материала, слагающего осыпь.
Оползни - смещение части горных пород, слагающих склон, в виде скользящего движения  без потери контакта между смещающейся и неподвижной частью склона. Могут возникать при крутизне склона 4 -5°, чаще всего 8 - 30°, характеризуются коэффициентом устойчивости склона, который математически связывает соотношение сил сопротивления оползневому смещению (суммарную прочность на сдвиг)  и активных сдвигающих сил (силы тяжести). Довольно распространенное явление в Подмосковье на берегах рек и склонах оврагов (рис.2).

2. Процессы, связанные с действием поверхностных вод. 

Переработка берегов водохранилищ  (рек, озер)- это разрушение склона  под воздействием ветровых и судовых волн, в результате которого надводная часть берегового склона отступает и приобретает новые очертания, а в подводной части склона формируется аккумулятивная отмель. Наиболее интенсивно переработка берегов протекает в первые 2-3 года эксплуатации водохранилища, при этом скорость отступания  бровки берега составляет десятки метров, общая  же ширина зоны переработки берега может достигнуть нескольких сотен метров.

Болота и заболоченные земли - это избыточно увлажненные участки земной поверхности, покрытые, как правило, слоем торфа. Болота по своему происхождению разделяются на низинные, которые питаются грунтовой,  отчасти поверхностной водой, и верховые, питающиеся атмосферными осадками. При строительстве на болоте важно учитывать генезис болота, его глубину и рельеф, геологическое строение дна, а также характер органического заполнения. По рельефу дна наиболее благоприятны для строительства болота с ровным дном, близким к горизонтальному, не благоприятны болота со значительным уклоном дна, на котором при нагрузке может произойти неравномерная осадка. Болотные отложения представлены, главным образом, торфом, несущая способность которого определяется его сжимаемостью, влагоемкостью, водопроницаемостью и сопротивлением сдвигу. Сжимаемость торфа настолько велика, что обычно требует устройства искусственных оснований для сооружений.

3. Процессы, связанные с действием подземных вод

К подземным водам относятся все воды, находящиеся в порах и трещинах пород. В формировании подземных вод большое значение имеет водопроницаемость горных пород. По степени проницаемости породы разделяются на 3 группы: водопроницаемые - пески, гравий, галечники, трещиноватые песчаники; слабопроницаемые - супеси, легкие суглинки, лесс, неразложившийся торф; водонепроницаемые или водоупорные - глины, тяжелые суглинки, хорошо разложившийся торф. По условиям залегания выделяются  три типа подземных вод: верховодка, грунтовые воды и напорные межпластовые или артезианские воды.  Подземные воды отличаются большой растворяющей способностью. Даже дождевая вода не является идеально чистой, поглощая из атмосферы пыль и газы. Тем более это относится к подземным водам. Протекая по разнообразным породам, они взаимодействуют с ними и изменяют свои свойства и состав. По количеству растворенных веществ изменяются от ультрапресных до рассолов с полной насыщенностью (до 500-600 г/л). Довольно часто воды являются агрессивной средой по отношению к бетону, алюминию, железу. Эти параметры вод обязательно должны лабораторно определяться и  учитываться при строительстве. Однако подземные воды вступают во взаимодействие не только со строительными материалами, но, в первую очередь, и с породами, их вмещающими, растворяя и разрушая их.

Карстовые процессы - это явления, связанные с разрушением (выщелачиванием) карбонатных горных пород (известняков, доломитов, гипса) под действием подземных вод с образованием пустот в породах. Карстовые процессы приводят к формированию провалов и проседанию грунтов с образованием воронок, озер и других впадин.

Эти  процессы относятся к наиболее опасным по масштабам возможных разрушений.

Суффозия - процесс вымывания мелких частиц из горных пород, также сопровождающийся оседанием вышележащих пород, образованием воронок и провалов.

Плывунные явления в песках - обычно развиваются  в водонасыщенных песках с высокой пористостью (43-45%), наличием в породе двух фракций резко различных по крупности зерна.

Помимо геологических процессов важнейшую роль при строительстве играют непосредственно сами горные породы (их состав, физико-механические свойства), являющиеся основанием для фундаментов наших домов. Они могут быть рыхлыми, сыпучими, пластичными, набухающими, текучими и т. п. В инженерной геологии такие неблагоприятные для строительства грунты принято называть «специфическими».

В Подмосковье к специфическим грунтам относятся рыхлые пески, набухающие  пучинистые глинистые породы, слабые глинистые грунты (текучепластичные, текучие и заторфованные), а также техногенные грунты, обязанные своим происхождением деятельности человека (насыпные и намывные грунты, мощность которых может достигать 10-15 м).  К набухающим грунтам относятся юрские и меловые глины, свободное набухание которых может достигать 25%.

Изучая свойства грунтов на конкретном объекте, геологи рассчитывают и определяют лабораторным способом многочисленные их параметры: удельный и объемный вес, минеральный состав, пористость, влажность, коэффициент фильтрации, угол естественного откоса, сопротивление сдвигу и многие другие.  На основе этих данных производится расчет предельных состояний грунтов по несущей способности и деформациям. Только получив от геологов полный набор количественных характеристик пород на участке строительства, архитекторы и проектировщики должны приступать к выбору типа сооружения и расчету фундаментов, которые можно построить в конкретных инженерно-геологических условиях.

Можно кратко сформулировать состав основных инженерно-геологических работ, проведение которых рекомендуется до начала возведения загородного жилья:

1. Бурение скважин (обычно от 2 до 4-х шт. на одно здание). Глубина скважин зависит от геологических условий участка и параметров сооружения (наличие подвала, высота стен, планируемый тип фундамента, используемые при строительстве материалы и.т.д.) и в среднем составляет от 8 до 20 метров. Конкретные объемы и виды применяемых изысканий регламентируются действующими Строительными нормами и правилами (СНиП). Во время бурения геологи отбирают пробы грунтов и воды.

2. Лабораторный анализ грунтов и вод, встреченных на участке. Определяются их физико-механические и химические свойства.

3. Обработка полученных полевых и лабораторных материалов, построение инженерно-геологических разрезов, составление технического заключения по результатам изысканий. На основе этого заключения проектировщики (архитекторы) могут уверенно рассчитать оптимальный тип фундамента, глубину его заложения, особенности гидроизоляционных решений  и другие характеристики, необходимые для строительства.

4. В особо ответственных случаях, например при геологическом изучении для строительства крупных коттеджных поселков проводится экспертиза технического заключения в специальных органах Геологического надзора. После прохождения такой экспертизы техническое заключение приобретает юридическую силу и становится своего рода страховкой для инвестора и застройщика от возможных проблемных геологических ситуаций. Наличие технического заключения, прошедшего экспертизу Геонадзора существенно увеличивает стоимость участка или дома и при его продаже.