3.2. Ландшафтно-географические и геологические условия

Для принятия любого градостроительного решения по развитию территории города необходима информация инженерно-геологиче­ских исследований: геологические, гидрогеологические, геоморфоло­гические, гидрологические и ландшафтные характеристики.

Эта группа факторов когда-то имела решающее значение для функционирования и развития городов. В настоящее время по мере развития инженерных знаний, техники, технологии производства расширяются возможности строительства и жизнедеятельности го­родов в сложных геологических, геоморфологических, гидрологи­ческих условиях. Однако недостаточное их знание, недоучет дейст­вия этих факторов и непринятие или несвоевременное проведение инженерных мероприятий могут повлечь возникновение экстраор­динарных ситуаций в городах.

Геологические и гидрогеологические условия — это состав, не­сущая способность пород, их возраст и порядок напластования, подземные воды, активность геолого-динамических процессов.

Несущая способность грунтов определяется как величина воз­можного давления на грунт без его разрушения, отнесенная к едини­це площади (кг/см²). Наиболее сильные грунты - скальные. Они вы­держивают давление в десятки кг/см². Наиболее слабым грунтом (так называемый плывун) является мелкий пылеватый грунт, сильно на­сыщенный водой. Его несущая способность близка к нулю.

Обычно грунты бывают неоднородными и залегают в виде го­ризонтальных слоев. Графическое изображение геологических го­ризонтов называется стратиграфией грунта. Задачей изучения грун­тов является выбор такого горизонта, который был бы наиболее подходящим как основание под фундамент с наименьшим объемом земляных работ.

По грунтовым условиям территории считаются благоприят­ными при расчетном сопротивлении от 1,5 кг/см² и выше, допус­кающие устройство фундаментов зданий и сооружений обычного типа. При расчетном сопротивлении от 1 до 1,5 кг/см грунты счи­таются неблагоприятными, так как требуют устройства фундамен­тов усиленного типа. При более низких значениях грунт относится к категории особо неблагоприятных, требующих устройства слож­ных фундаментов.

К неблагоприятным относятся участки грунтов с наличием карстов. Карстом, или карстовым явлением, называется химиче­ское растворение горных пород в земной коре и на ее поверхности, сопровождающееся образованием крупных пустот (каналов, пе­щер). Карстовые явления имеют место в районах залегания легко­растворимых горных пород (известняка, гипса, доломитов и т. д.) вследствие их вымывания грунтовыми водами. Такие пустоты зна­чительно снижают несущую способность грунта.

Формы карста на земной поверхности могут иметь самые раз­нообразные очертания - канавки, борозды, щели размером от не­скольких сантиметров до метра, которые обычно распространяются на больших площадях, которые называются карстовыми полями. Наиболее распространенной формой карстовых явлений являются карстовые воронки, достигающие по своим размерам от 1 до 100 м в Диаметре и глубины от 1 до 20 м. К наиболее крупным карстовым явлениям относятся карстовые котловины и поля, шахты и пропас­ти, карстовые колодцы и пещеры. Развитию карстовых форм спо­собствуют эрозионные процессы.

Строительство зданий и сооружений в районах распростра­нения карстовых явлений представляет немалые трудности. Боль­шую опасность представляют собой карстовые полости для зданий и сооружений, передающих на грунт значительные нагрузки, со­оружения береговых мостовых опор, поэтому сооружения стремят­ся разместить в более благоприятном месте. Если это не представ­ляется возможным, то требуемая прочность закарстованных пород обеспечивается путем заполнения пустот, инъекции сначала смесей с песком, затем - цементно-глинистым раствором.

Эти мероприятия трудоемки и дороги, поэтому участки с кар­стовыми пустотами при капитальном строительстве стараются из­бегать.

Сейсмичностью называется способность недр Земли порож­дать очаги землетрясений. Землетрясение - это колебание земной поверхности, вызванное естественными процессами в земной коре.

Внешние проявления землетрясения оцениваются по 12-балль­ной шкале: 1 балл регистрируется только приборами, переход от неразрушительных к разрушительным сотрясениям соответствует 7 баллам.

Землетрясения обычно охватывают обширные территории. При сильных землетрясениях нарушается целостность грунта, раз­рушаются здания и сооружения, выходят из строя коммунально- энергетические сети, имеются человеческие жертвы. Разрушения на поверхности Земли зависят, помимо энергии, выделившейся при землетрясении, от глубины очага и качества грунтов. Наибольшие разрушения происходят на рыхлых, сырых и неустойчивых грун­тах. Большое значение имеет и качество наземных построек.

В сейсмоопасных районах строительство ведется по специ­ально разработанным правилам. Проводятся инженерные меро­приятия по улучшению сейсмических свойств грунтов и укрепле­нию оснований. В проектах зданий предусматривается дополни­тельное усиление несущих конструкций. Применяются особые строительные материалы и конструктивные системы, направленные на обеспечение надежной сейсмостойкости зданий и сооружений. Устойчивость и прочность зданий рассчитывается на возможную в данной зоне балльность землетрясения.

В районах с сейсмичностью 7-9 баллов предусматривается расчлененная планировочная структура городов, с рассредоточен­ным размещением объектов. На площадках, расчетная сейсмич­ность которых превышает 9 баллов, возводить сооружения, как правило, не допускается,

К сейсмоопасной категории относится около 20% территории России, включающей Сибирь, Дальний Восток и Северный Кавказ, В связи с глобальными экологическими изменениями возрастание сейсмической опасности, расширение зон сейсмоопасных районов наблюдается во всем мире. Возникают проблемы не только сейсмо­стойкого строительства, но и сейсмозащиты уже построенных в та­ких зонах зданий и сооружений. Особую опасность в этих районах представляют взрывоопасные производства, атомные и тепловые электростанции.

Оползнем называется значительное смещение земляных масс по склону, состоящих из горных пород разного состава. Движение оползня начинается вследствие нарушения равновесия склона и продолжается до достижения нового состояния равновесия.

Причины оползневых явлений и классификация оползней весьма разнообразны. Основной причиной возникновения оползней является избыточное насыщение подземными водами водонепро­ницаемых горизонтов. Если эти горизонты располагаются слегка наклонно в сторону склона, то грунты, расположенные выше по­верхности этого слоя, под 'воздействием нагрузки сползают вниз. Сползание геологических пород происходит чаще всего по берегам рек и водоемов, на горных склонах, но нередко на почти горизон­тальном рельефе сползают так называемые подошвенные слои.

Этому явлению подвержено около 20% городов России. Пе­ремещения значительной массы породы, вызванные оползнями, могут приводить к катастрофическим последствиям. Оползни мо­гут разрушать отдельные объекты и подвергать опасности целые населенные пункты, повреждать коммуникации, трубопроводы, телефонные и электрические сети, угрожать водохозяйственным

сооружениям.

Оползни, вызванные изменением природных условий, как правило, не начинаются внезапно. Первоначальным признаком на­чавшихся оползневых подвижек служит появление трещин на по­верхности земли, разрывов дорог и береговых укреплений, смеще­ние деревьев и др. С максимальной скоростью оползни движутся в начальный период, затем их скорость постепенно замедляется.

Оползни, вызванные хозяйственной деятельностью человека, в основном связаны с перегрузкой оползневых склонов насыпями и различными инженерными сооружениями, утечкой воды из водо­проводных коммуникаций, закрытием выходов подземных вод и др. В связи с этим необходимы всесторонняя оценка состояния склонов, прогноз последствий проектируемых земляных работ и качественное выполнение инженерно-геологических изысканий.

Если главной причиной оползневых явлений в склоне является увлажнение поверхностными водами, стекающими по склону и проникающими в грунт, то меры борьбы с оползнями должны быть направлены на недопущение проникновения вод путем упорядоче­ния или перехватывания стока и отвода его в сторону. Возможно проведение работ по искусственному повышению устойчивости от­косов механическими или физико-химическими средствами.

Частой причиной оползня является увлажнение пород склона подземными водами, заключенными в отдельных водоносных гори­зонтах. Такие оползни являются наиболее крупными и наиболее трудными по борьбе с ними.

Размещение застройки непосредственно на оползневых скло­нах, как правило, не допускается. Устройство парков, прокладка транспортных магистралей возможны только после проведения за­щитных противооползневых мероприятий.

Овраги образуются в результате нерегулируемого поверхност­ного стока водных потоков, т. е. вымывания почвы небольшими, но постоянно действующими ручьями и реками. Во время таяния снега или обильных дождей на склонах местности образуются временные потоки воды, которые также приводят к возникновению оврагов.

Овраги развиваются преимущественно в рыхлых породах и достигают наибольшей крутизны в породах связных, т. е. таких, ко­торые могут держать крутую или даже вертикальную стенку. Осо­бенно страдают от овражной деятельности глинистые и суглини­стые породы. Условием, благоприятствующим образованию овра­гов, является континентальность климата с большими амплитудами температур и ливневым характером осадков или бурным снеготая­нием. Росту оврагов способствует также характер склона - крутые склоны размываются легче, чем пологие.

Образование оврагов представляет собой большую угрозу по­селениям, дорогам и сооружениям. Это связано с интенсивным раз­витием овражной сети, при этом глубина оврагов может достигать нескольких десятков метров с общей протяженностью несколько километров.

Меры по борьбе с оврагами подразделяются на две категории. Первая категория - профилактические мероприятия, предотвра­щающие образование оврагов: защита склонов от нарушения цело­стности их поверхностного покрова, развитие системы зеленых на­саждений и т. д.

Меры второй категории направлены на борьбу с ростом суще­ствующих оврагов. В этом случае проводят работы по укреплению оврагов при помощи устройства на них травянистого покрова, по­садки кустарников и деревьев. В ряде случаев целесообразна лик­видация оврагов, особенно при использовании избыточного грунта при вертикальной планировке территории и выемке из котлованов под фундаменты зданий и траншей подземных коммуникаций.

При любых размерах и крутизне склонов оврагов необходимо предусматривать меры по регулированию поверхностного стока на овражных территориях и территориях, прилегающих к оврагу.

Сель - это внезапно формирующийся в руслах горных рек временный поток воды с большим содержанием песка, камней и других твердых материалов. Причина возникновения селевого по­тока - интенсивные и продолжительные ливни, быстрое таяние снега или ледников.

В отличие от обычных потоков сель движется, как правило, отдельными волнами, а не непрерывным потоком. Одновременно выносится огромное количество вязкой массы. Размеры отдельных валунов и обломков могут достигать 3-4 м в поперечнике. В нашей стране селевые потоки возникают на Северном Кавказе, в некото­рых районах Урала и Восточной Сибири.

Селевые потоки представляют значительную опасность для населения, устойчивости зданий и сооружений. Обладая большой массой и высокой скоростью передвижения (до 15 км/ч), сели раз­рушают здания, сооружения, дороги, выводят из строя линии связи, электропередачи, приводят к гибели людей и животных.

В селеопасных районах следует предусматривать для защиты населенных мест специальные противоселевые мероприятия: от­вод селевых потоков при помощи специальных дамб; устройство мощных противоселевых плотин, способных остановить сель; ис­ключение из использования участков возможного движения селе­вого потока.

Грунтовые воды определяют режим увлажнения территории. В условиях, когда интенсивность притока поверхностных и грунтовых вод превышает возможность стока воды по поверхности, подземного оттока и испарения, возникает переувлажнение территории.

Наиболее благоприятными для основания и развития города являются сухие участки земли, не имеющие поблизости болот, рас­положенных на подходящей высоте над уровнем моря, почва кото­рых не принадлежит к разряду легко размываемых. Однако эконо­мические и политические причины заставляют человека селиться и на иных территориях.

При застройке территории города норма осушения, т. е. ми­нимально допустимая глубина залегания уровня грунтовых вод от поверхности земли, устанавливается в соответствии с намеченным использованием территории. Так, например, норма осушения для застраиваемых территорий принимается 1,5-2 м, для участков с зе­леными насаждениями - 0,75-1 м, для территории спортивных ком­плексов -1м. При наличии на территории сооружений с глубоким заложением фундаментов допустимое залегание грунтовых вод принимается на 0,5 м ниже подошвы фундаментов.

Понижение уровня грунтовых вод производится путем уст­ройства систематического дренажа того или иного типа. При этом необходимо учесть влияние на уровень грунтовых вод таких общих мероприятий, как организация поверхностного стока и удаление за­стойных вод.

Строительство и инженерные мероприятия на болотах требу­ют иных методов изысканий, чем это принято для других объектов. Условия образования болот разнообразны, в связи с чем различно и строение болот. Мелиорация болот сводится, главным образом, к их осушению. Осушение производится, как правило, открытыми каналами, по которым вода поступает в реки.

При изучении грунтов определяют химический состав грунто­вых. вод. По этому признаку грунтовые воды делятся на агрессив- ные и неагрессивные воды. В случае агрессивности предусматри­ваются соответствующие мероприятия по защите подземной части зданий и сооружений,

В городах возможно и такое явление, как общее понижение уровня грунтовых вод. Интенсивная откачка воды из подземных горизонтов для нужд города приводит к понижению уровня грун­товых вод и может повлечь за собой оседание поверхности земли на значительной площади.

Глубина промерзания грунтов. Промерзание и оттаивание грунта оказывают большое влияние на его устойчивость. Глубина промерзания почвы зависит от географического положения насе­ленного пункта и от целого ряда местных условий, таких как харак­тер зимы, влажность, физические свойства грунта, глубина залега­ния грунтовых вод, рельеф, растительность и т. д.

Сведения по глубине промерзания грунта нужны для расчета глубины заложения фундаментов, прокладки линий подземных коммуникаций. В случае, когда глубина промерзания грунта пре­вышает заложение пяты фундамента, возможно выпучивание осно­вания и разрушение здания. При прокладке линий подземных ком­муникаций необходимо учитывать температурный режим почвы, чтобы заложить трубы ниже слоя зимнего промерзания.

Особого внимания требует строительство на вечной мерзлоте. Вечной мерзлотой называется слой почвы или породы, находящий­ся на некоторой глубине от дневной поверхности, имеющий отри­цательную или нулевую температуру, длящуюся непрерывно неоп­ределенно долгое время.

В нашей стране вечномерзлые грунты занимают около 45% территории (на Севере, в Сибири и на Дальнем Востоке, а также в высокогорных районах). Район островного распространения вечной мерзлоты на юге страны достигает в восточной части страны 50° с. ш. Вечная мерзлота в отдельных местах страны неодинако­вая, она различается по толщине залегания (от нескольких метров До 700 м), по расположению (сплошная или островная) и по темпе­ратуре (от 0 до -13°С).

Слой почвы, лежащий над вечно мерзлым слоем, оттаиваю­щий летом и снова замерзающий зимой, называется деятельным. Деятельный слой обычно имеет очень малую несущую способ­ность, поэтому в качестве основания используются мерзлые, неот- таивающие горизонты, лежащие ниже деятельного слоя.

Грунты, находящиеся в вечномерзлом состоянии имеют высо­кую несущую способность. Основная трудность заключается в необ­ходимости оградить эти грунты от тепловыделений в процессе экс­плуатации зданий, не допустить их оттаивания. Для этого используют специальные приемы строительства. Наиболее распространенным является строительство зданий на свайных фундаментах с проветри­ваемыми высокими подпольями. Многолетний опыт эксплуатации зданий на севере показал, что такой прием вполне себя оправдал. Важно только не допускать утечки воды из инженерных сетей и по­падания ее в подполье. При прокладке трубопроводов предусматри­вают исключение теплового воздействия на грунты, прокладывая трубопроводы на эстакадах, в проветриваемых подпольях.

Геоморфологические условия - это рельеф, геологическое строение и закономерности его динамики.

Существенное влияние на условия строительства оказывает характер рельефа поверхности застраиваемой территории. Рельеф местности выражается величиной уклонов в процентах:

> = ^•100%, м

где i - уклон, %;

Ah - разность отметок двух соседних горизонталей, м;

А1 - расстояние между горизонталями, м.

Наиболее благоприятным считается ровный рельеф с уклоном от 0,5 до 3%, а также слабопересеченный рельеф с уклоном 3-5%. Равнинный и слабопересеченный рельеф наиболее удобен для всех видов застройки. На таком рельефе возведение жилых и общест­венных зданий, производственных объектов, прокладка улиц, орга­низация стока поверхностных вод не требуют больших объемов ра­бот по вертикальной планировке территории.

Малый уклон на территории города (менее 0,5%) затрудняет отвод поверхностных вод, в связи с чем возникает необходимость проводить комплекс работ по вертикальной планировке террито­рии. Рельеф с уклоном от 5 до 8% оценивается как пересеченный и также относится к благоприятной категории.

Неблагоприятным с градостроительной точки зрения считает­ся сильнопересеченный рельеф - с уклоном от 9 до 20%. Уклоны

более 20%, а в горных районах - более 30%, являются особо небла­гоприятными. Большие уклоны требуют значительного объема ра­бот по вертикальной планировке при подготовке территории для застройки. Кроме того, размещение застройки на крутых склонах весьма неудобно не только в строительстве, но и в эксплуатации.

Характер рельефа в определенной степени предопределяет систему застройки, направление улиц и магистралей в городах. На среднем пересеченном рельефе с холмистыми участками здания размещают, как правило, вдоль склонов, что обеспечивает удобство прокладки инженерных сетей, а также транспортного движения.

На сложном рельефе с крутыми склонами здания размещают обычно в разных уровнях по отношению к улицам. Такое располо­жение зданий (вдоль горизонталей) обеспечивает минимум объемов земляных работ при привязке зданий к рельефу. При размещении зданий на сложном рельефе поперек горизонталей приходится предварительно выполнять значительные объемы земляных работ в связи с разницей отметок на концах зданий, В таком случае с одной стороны зданий появляются цокольные этажи, а с другой - прово­дится заглубление в землю первых этажей.

Гидрологические условия связаны с режимом открытых водных пространств. Реки с незапамятных времен играли наибольшую роль в образовании городов и продолжают оказывать, хотя уже гораздо меньше, влияние на их развитие. Примерно 80% городов на земном Шаре находятся на берегах рек или в близком соседстве с ними, что объясняется полезными и необходимыми функциями, которые вы­полняют реки: источники питьевой воды и воды на технологические нужды производства, пути сообщения, места отвода сточных вод, рекреационные места, а также эстетический элемент окружающей среды.

Развитие техники отчасти обесценило эти функции, заменив их доставкой воды по водопроводу из артезианских скважин, по­стройкой железных дорог, шоссе, устройством канализации. По­этому новые города возникают и вдали от естественных водных ар­терий. Однако и сегодня значение гидрологических условий в функционировании и развитии города велико.

Оценка гидрологической среды включает следующие показате­ли: протяженность и глубину рек, уровень воды (средний и паводко­вый), характер берегов, площадь зеркала водохранилищ и озер, пло­щадь водосбора, условия питания рек и расходы воды, скорости те­чения, продолжительность паводка, ледостава и ледохода. Эти дан­ные нужны для регулирования водного режима, определения воз­можности судоходства, организации предприятий по защите от зато­пления, использования прибрежной полосы, а также для выяснения возможностей водоснабжения города и организация водосброса.

Ландшафтные характеристики оказывают значительное влияние на формирование внешнего облика города, его вырази­тельность и выбор наиболее интересных точек для застройки.

Ландшафт - это вид местности, характеризуемый комплексом объемно-пространственных признаков природной среды, которые, взаимодействуя друг с другом, образуют единое целое (например, равнинный ландшафт, горный, холмистый и т. п.). Группы смеж­ных ландшафтов образуют природную зону.

Ландшафт придает индивидуальность конкретной местности и его характеристики учитываются при архитектурно-планировочных оценках территории. При анализе территории выделяют наиболее красивые и выразительные участки и отмечают их как места для наиболее интересной в архитектурном плане застройки. К ланд­шафтным характеристикам, позволяющим создавать выразитель­ные и индивидуальные архитектурно-художественные композиции, могут относиться элементы естественного ландшафта (открытые пространства, рельеф, водоемы и т. д.), видовые перспективы и па­норамы, уникальные элементы среды, такие как памятники истории и культуры.

Связь пространственной организации города с особенностями его природной и планировочной характеристиками можно просле­дить на примере многих городов мира, например, Будапешта, Лон­дона, Москвы, Парижа, Праги, Санкт-Петербурга, Стокгольма и многих других.