3.2. Ландшафтно - географические и геологические условия

Для принятия любого градостроительного решения по развитию территории города необходима информация инженерно - геологических исследований на данной территории: геологические, гидрогеологические, геоморфологические, гидрологические и ландшафтные характеристики (рис.3.2)

Рис.3.2. Ландшафтно - географические и геологические условия.

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 принятие инженерных мероприятий может приводить, и зачастую приводит, к возникновению 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/см. Наиболее слабые грунты - так называемый плывун - мелкий пылеватый грунт, сильно насыщенный водой. Его несущая способность близка к нулю.

Обычно грунты бывают неоднородны 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, допускают устройство фундаментов зданий и сооружений обычного типа, расчетном сопротивлении от 1 до 1,5 кг/см² грунты считаются неблагоприятными, так как требуют устройства фундаментов усиленного типа. При более низких значениях грунт относится к категории неблагоприятных, требуя 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 областях с залеганием легко растворимых 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 распространяют на больших площадях, называющихся карстовыми полями. Наиболее распространенная форма карстовых явлений - 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 стремя 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 землетрясений. Землетрясение - это колебание земной поверхности и вызванное естественными процессами в земной коре. Внешние проявления землетрясения оцениваются по 12 - бальной 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. 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 бальность землетрясения.

Задачей градостроительства является формирование в населенных пунктах расчлененной планировочной структуры, рассредоточенное размещение жилищно - гражданских и промышленных объектов. По рекомендациям СНИП 2.07.01-89 для городов, расположенных в районах сейсмичностью 7 - 9 баллов, следует применять одно - двухсекционные здания высотой не более 4 этажей, а также малоэтажную застройку с приусадебными участками.

Около 20% территории России, включающей в себя Сибирь, Дальний Восток и Северный Кавказ, относится к категории сейсмоопасной. Во всем мире в связи с глобальными экологическими изменениями наблюдается возрастание сейсмической опасности, расширение зон сейсмоопасных районов. В связи с этим 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, по поверхности этого слоя расположенные выше, под воздействием нагрузки сползают вниз. Сползание геологических пород происходит чаще всего по берегам рек и водоемов, на горных склонах, но также сползают и так называемые подошвенные слои на почти горизонтальном рельефе.

В России около 20% городов подвержены этому явлению. 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 другое. 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 другими.

В связи с этим важное значение имеют 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 стока или перехватыванием стока и отводом 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.

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 также способствует характер склона. Так, крутые склоны размываются легче, чем пологие.

Образование оврагов представляет собой большую угрозу поселениям, дорогам и сооружениям. Это вызывается 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. К ним относятся защита склонов от нарушения целостности их поверхностного покрова, развитие системы зеленых насаждений.

Меры второго порядка 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 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 в 1,5 - 2 м, для участков с зелеными насаждениями - 0,75 - 1 м, для территории спортивных комплексов - 1 м. 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 важно определять химический состав грунтовых вод. По этому признаку грунтовые воды делятся на агрессивные и неагрессивные воды. В случае агрессивности предусматриваются мероприятия по защите подземной части зданий и сооружений.

В городах возможно и такое явление, как понижение уровня грунтовых вод. Интенсивная откачка воды из подземных горизонтов для нужд города может привести к понижению уровня грунтовых вод и оседанию поверхности 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.

Особое внимание должно быть уделено строительству 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 не одинаковая. Она различается по толщине залегания (от нескольких метров до 700 м), по расположению (сплошная или островная), по температуре (от 0 до 13°С).

Слой почвы, лежащий над вечномерзлым слоем, оттаивающий летом и снова замерзающий зимой, называется деятельным. Деятельный слой обычно имеет очень малую несущую способность, поэтому в качестве основания используются мерзлые, не оттаивающие 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, история развития и закономерности его динамики.

При решении градостроительных задач большое значение имеет рельеф поверхности застраиваемой территории. Характер рельефа может оказывать существенное влияние на условия строительства. Рельеф местности выражается величиной уклонов в процентах:

і = ∆h/∆L (1)

где і - уклон, %;

∆h - разность отметок двух соседних горизонталей, м;

∆L - расстояние между горизонталями, м.

Наиболее благоприятным считается ровный рельеф с уклоном от 0,5 до 3%, а также слабопересеченный рельеф с уклоном 3 - 6%. 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 необходимо проводить комплекс работ по вертикальной планировке территории.

Рельеф с уклоном от 6 до 10% оценивается как пересеченный, однако относится к благоприятной категории. Неблагоприятным с градостроительной точки зрения считается сильнопересеченный рельеф - с уклоном от 10 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 как в строительстве, так 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 удобства прокладки инженерных сетей, а также транспортного движения.

На сложном рельефе с крутыми склонами здания размещают обычно на 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 и развитии городов и продолжают оказывать, хотя уже гораздо меньшее, влияние на развитие городов. Примерно 80% городов на земном шаре находятся на берегах рек или в близком соседстве с ними.

Объясняется это 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, бассейнов. 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 в себя следующие по­казатели:

- протяженность и глубина рек;

- уровень воды (средний и паводковый);

- характер берегов;

- площадь зеркала водохранилищ и озер;

- площадь водосбора;

- условия питания рек и расходы воды;

- скорость 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 имеют большое значение для внешнего облика города, его выразительности и выбора 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.

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