Инженерно-геологические изыскания на данной стадии соответствуют этапу IIб по классификации этапов инженерно-геологических работ, предложенной Г.К. Бондариком и Л.А. Ярг, в рамках которого осуществляется инженерно-геологическая съемка в масштабе 1:10 000 и крупнее и выполняется преимущественно качественная, но максимально детальная оценка тектонических, гидрогеологических, инженерно-геодинамических условий, геоморфологического строения территории. Физико-механические свойства грунтов определяются экспресс-методами, а характер неоднородности стратиграфо-генетических комплексов по классификационным показателям [3].

Вопрос целесообразности проведения полевых работ на этой стадии должен быть решен по результатам анализа инженерно-геологической изученности района строительства. При условии наличия материалов инженерно-геологической съемки кондиционных масштабов, унифицированных и актуальных материалов ранее проведенных исследований достаточной глубины возможно принятие предварительных проектных решений на их основе.

При условии открытости данных, достаточной технической оснащенности изыскательских и проектирующих организаций и совместимости форматов, наиболее логичное решение этих задач заключается в детализации участка крупномасштабной модели, разработанной для обеспечения градостроительного проектирования. Конечно, часто эти же задачи могут быть решены с использованием материалов, приведенных в традиционном виде - разрезов и карт, однако ряд соображений свидетельствует в пользу применения трехмерных моделей геологического пространства и на этом этапе.

Как говорилось выше, одна из отличительных особенностей инженерно-геологических изысканий для строительства высотных зданий в том, что они направлены на обеспечение данными процесса осуществления прогнозного моделирования изменения природно-технических условий в результате строительства - геомеханического и геофильтрационного. В зарубежных и отечественных публикациях часто отмечается, что эти два вида моделей неразрывно связаны между собой и только учет взаимовлияния между гидрогеодинамическими параметрами строительной площадки и напряженно-деформированным состоянием массива ее грунтов позволяет получить достоверные результаты такого прогноза.

Таким образом, процесс проведения инженерно-геологических изысканий для строительства высотных зданий на всех стадиях связан с построением компьютерных моделей разного назначения и детальности (таблица 1). Достижение их комплементарности позволит с одной стороны повысить точность такого прогнозирования, а с другой - обеспечить автоматизированный или полуавтоматизированный процесс пополнения первичной модели, данными полученными в результате проведения изысканий.

Таблица 1. Задачи и содержание объемных моделей геологической среды на разных этапах проектирования высотных зданий

Все вышеизложенное позволяет сформулировать принцип перманентного моделирования: в процессе проведения инженерно-геологических изысканий целесообразно осуществление компьютерного моделирования геологической среды на всех этапах. Модели при этом должны быть комплементарны и взаимопополняемы.

2.4 Принцип многовариантного проектирования

Итак, программа проведения инженерно-геологических изысканий на стадиях "П" и "РД" разрабатывается на основе некоего предварительного проекта, разработанного по результатам работ на стадии предварительного проектирования. Глубина изучения массива, интервалы опробования и проведения натурных исследований, виды лабораторных испытаний и ход их проведения определяются из расчета удовлетворения требований проектирующей организации и нормативно-методических документов с учетом данного конкретного проекта. Однако нередки случаи, когда после проведения комплекса полевых и лабораторных исследований, разработки прогнозных геомеханических и геофильтрационных моделей, написания технического отчета, по результатам расчета фундаментного основания становится понятно, что предлагаемый вариант не удовлетворяет тем или иным требованиям - прогнозируемые осадки больше максимально допустимой величины или характеризуются неравномерностью, строительство сооружения оказывает влияние на окружающую застройку и т.д. Принимается решение об изменении проекта - например, о перенесении фундаментной плиты или заложении свай на большую глубину - и выясняется, что материалы инженерно-геологических изысканий не обеспечивают процесс проектирования данными, необходимыми для расчета модифицированного проекта фундаментного основания. Назревает необходимость проведения комплекса дополнительных полевых работ и лабораторных испытаний. Этот процесс, в свою очередь, требует прохождения полной процедуры оформления разрешительной документации, что в итоге приводит к очередному переносу сроков строительства.

Решение этой проблемы кроется в применении принципа многовариантного проектирования - на этапе, предшествующем проведению полевых работ, необходима разработка многовариантного проекта конструкции подземной части сооружения. При этом осуществляется выбор приоритетной конфигурации фундаментного основания, в наибольшей степени удовлетворяющей функциональным требованиям и при этом сопряженной с минимальными экономическими затратами (без учета затрат связанных с геологическими рисками). После этого по результатам моделирования должны быть выявлены основные трудности, с которыми может быть сопряжено воплощение выбранной конфигурации и разработаны альтернативные варианты, которые могут характеризоваться более сложной конструкцией фундамента и меньшей функциональностью, но заведомо минимизируйте вероятность возникновения неблагоприятных последствий, связанных с взаимодействием сооружения, геологической среды и окружающей застройки. Программа полевых и лабораторных исследований при этом должна разрабатываться исходя из соображений получения данных, достаточных для проектирования и прогнозного моделирования всех разработанных вариантов фундаментного основания. Выбор окончательного варианта должен быть осуществлен только после проведения полного комплекса изысканий на основе сравнительного многовариантного технико-экономического анализа, осуществленного с учетом результатов прогнозирования изменения природно-технических условий под влиянием строительства проектируемого сооружения и разработка инженерных мер по предотвращению негативных последствий этого процесса.

В качестве примера проекта, характеризующегося максимальной функциональностью может выступать вариант с возведением сооружения на плитном фундаменте с максимальным заглублением подземной части, отведенной под эксплуатацию, а в качестве варианта, заведомо минимизирующего негативные последствия - плитно-свайный фундамент и меньшее заглубление подвала с опиранием конструктивных частей фундаментного основания на толщи грунтов, характеризующиеся заведомо благоприятными инженерно-геологическими свойствами. Также целесообразна разработка некоторого количества промежуточных вариантов.

Необходимо отметить, что увеличение стоимости инженерно-геологических изысканий в таком случае будет минимальным и заведомо меньшим, чем при проведении полевых работ в два этапа.

2.5 Принцип мониторинга

Нормативные документы устанавливают обязательное проведение мониторинга отдельных компонентов геологической среды, и, в первую очередь, опасных геологических и инженерно-геологических процессов и динамики подземных вод в процессе строительства и эксплуатации высотных зданий, однако на практике выполнение этого условия часто бывает формальным. Между тем, нужно понимать, что в процессе реализации проектов высотных зданий в пределах городской территории, в любой момент времени можно ожидать, что изначальные условия, закладываемые в процессе разработки прогнозных моделей, могут быть существенным образом трансформированы под влиянием внешних факторов. Простейший пример - прогноз развития процесса подтопления территории. Даже если на момент проведения инженерно-геологических изысканий зеркало грунтовых вод располагалось на достаточно большой глубине, и по результатам геофильтрационного моделирования его подъем под влиянием строительства проектируемого сооружения не превышает допустимое значение, такие факторы как возникновение аварийных утечек из водонесущих коммуникаций (несмотря на то, что некоторый запас, связанный с ними закладывается в модель) практически не поддаются прогнозированию. И в случае, если на стадии строительства или эксплуатации сооружения такие непредвиденные ситуации все-таки возникнут, скорость подъема уровня грунтовых вод будет многократно увеличена за счет барражного эффекта, связанного с упором потока водоносного горизонта в подземную часть высотного здания. Еще один принципиальный момент - осуществление строительства нескольких сооружений на ограниченной площади. Ю.К. Зарецкий и М.И. Карабаев [17] отмечают, что на результаты моделирования напряженно-деформированного состояния грунтового массива решающее влияние оказывает не только взаимное расположение строительных участков сооружений, но и последовательность проведения строительных работ на каждом из них. Неучет этих факторов может привести к возникновению принципиальных ошибок в прогнозировании.

В этом смысле принцип мониторинга перекликается с принципом перманентного моделирования. Гидрогеологический и геотехнический мониторинг, мониторинг развития опасных геологических процессов должны осуществляться перманентно на протяжении всего периода строительства и эксплуатации. Эти исследования не только позволяют осуществлять верификацию результатов моделирования и корректировку расчетных схем при выполнении исследований для проектирования новых сооружений, но должны служить источником актуальных данных для заложения в постоянно действующие геофильтрационные и геомеханические модели. Это позволит оперативно зафиксировать моменты отклонения процесса трансформации природно-технической среды от спрогнозированного хода, обусловленные комплексным взаимовлиянием строительства и эксплуатации сооружения, скорректировать прогноз и при необходимости принять те или иные управляющие решения, направленные на устранения негативных последствий этого процесса.

2.6 Принцип научно-методического сопровождения

Принципы, изложенные выше, позволяют оптимизировать процесс проведения инженерно-геологических изысканий для высотного строительства, однако обязательное условие, необходимое для их реализации - постоянное взаимодействие между специалистами в области разного профиля и понимание ими специфики взаимодействия подземных сооружений и природно-технической среды, в которой они строятся и эксплуатируются.

На сегодняшний день в РФ наблюдается устойчивая тенденция к тому, что процедура проведения инженерных изысканий становится все более оторванной от процесса проектирования зданий и сооружений. Это может существенным образом ограничивать применимость их результатов. Так, например, прогноз изменения напряженно-деформированного состояния массива грунтов в результате строительства может быть осуществлен с использованием одной из множества нелинейных моделей работы грунта, каждая из которых имеет свои особенности и может требовать определения специфических характеристик грунтов и проведения полевых и лабораторных испытаний по особым схемам. Разработка программ инженерно-геологических изысканий и мониторинга геологической среды должна быть осуществлена на основании технических условий, разработанных рабочей группой с участием изыскательской и проектирующей организаций, экспертов в области высотного строительства. Кроме того, в связи с практической невозможностью разработки универсализированного пошагового нормативного документа, учитывающего все аспекты проведения инженерно-геологических изысканий для высотного строительства, актуальным представляется вопрос проведения экспертизы высотных проектов - на практике сегодня она часто сводится к буквальной проверке удовлетворения формальных (а иногда и противоречивых) требований нормативно-правовых актов, в то время как многие принципиальные ошибки могут быть оставлены без внимания.

Все эти соображения позволяют сформулировать последний ключевой принцип научно-методического сопровождения: при разработке проектов высотных зданий на всех стадиях проектирования, начиная с этапа локализации сооружения и разработки эскизного проекта, заканчивая периодом эксплуатации здания должно осуществляться непрерывное научно-методическое сопровождение, осуществляемое экспертными специалистами в области проведения изысканий, архитектурного и градостроительного проектирования, строительства высотных зданий.

Выводы по главе 2

Сформулированные в главе принципы отражают специфику проведения инженерно-геологических изысканий для высотного строительства на современном этапе в целом, безотносительно территориальной привязки. В комплексной их реализации заложен ключ к оптимизации этого процесса. Оптимизация предполагает размещение каждого высотного проекта в максимально благоприятных для него геологических условиях, сокращение временных и финансовых затрат, направленных на проведение полевых и лабораторных исследований и, в то же время, исключение их формализации. В результате должен быть получен массив данных, применимый для разработки обоснованных проектов фундаментных оснований и мер по инженерной защите территории.

Все разработанные принципы сложным образом связаны между собой, и бездумное выборочное их применение может привести к получению некондиционных материалов и серьезным ошибкам в проектировании. В то же время, понятно, что единовременное их внедрение в сегодняшних условиях тоже вряд ли возможно и переход к их применению должен осуществляться эволюционным, а не революционным путем. Вот почему принцип обязательного научно-методического сопровождения был назван ключевым: только функционирование экспертных групп, а возможно и специальных органов, включающих в свой состав опытных специалистов разного профиля, "ведущих" процесс геологического обеспечения высотного строительства и уполномоченных принимать управляющие решения, позволит осуществить развитие этих идей.

Нужно отметить, что внедрение некоторых из предложенных принципов требует пересмотра механизма научно-методического обеспечения градостроительной деятельности. Так, например, принцип альтернативности местоположения высотных зданий связан с переосмыслением критериев разработки градостроительных концепций, а принцип перманентного моделирования, представляющийся наиболее труднореализуемым, требует полной компьютеризации процесса на всех стадиях и открытости информации, что влечет за собой проблему оснащения современной компьютерной техникой и программным обеспечением, совместимости форматов и т.д.

Обобщение предложенных принципов позволило разработать алгоритм проведения инженерно-геологических изысканий для высотного строительства (рис. 11). Этот алгоритм может быть использован в качестве основы для разработки федерального "рамочного" нормативного документа в области инженерно-геологического обеспечения проектирования высотных зданий. В то же время понятно, что такой документ будет иметь смысл только при наличии территориальных приложений, разработка которых должна быть основана на глубоком анализе региональных инженерно-геологических условий. Этот путь обеспечит возможность одновременного учета специфики процесса проектирования высотных зданий и территориальных инженерно-геологических особенностей. В нижеследующих главах осуществлен анализ условий освоения подземного пространства территории г. Москвы и рассматриваются особенности применения предложенных принципов на практике в процессе проведения инженерно-геологических изысканий для крупнейших в России высотных проектов.

Рис. 11. Обобщенный алгоритм проведения инженерно-геологических изысканий для строительства высотных зданий

Реализация предложенных принципов проведения инженерно-геологических изысканий для высотного строительства требует разработки геологической основы городской территории - трехмерной компьютерной модели геологического пространства, на базе которой будет осуществлено планирование размещения высотных зданий, и путем детализации участков которой будут получены исходные данные для осуществления сопровождения проектирования конкретных высотных проектов. Разработка такой модели требует проведения большой работы, направленной на систематизацию и унификацию фондовых материалов. Ниже производится анализ региональных геолого-гидрогеологических особенностей г. Москвы, предлагаются критерии, позволяющие осуществлять ранжированную оценку условий освоения подземного пространства и предлагается методика разработки такой модели.

3.1 Изученность инженерно-геологических условий территории г. Москвы. Проблема обобщения и систематизации фондовых материалов

Территория г. Москвы характеризуется высоким уровнем изученности инженерно-геологических условий. Период начала активного инженерно-геологического изучения приходится на послереволюционные годы и связан с именем Б.М. Даньшина. Во второй половине XX в. было начато активное изучение проблематики распространения и активизации инженерно-геологических процессов на территории города, взаимодействия урбанизированных территорий и окружающей среды, сформулированной Ф.В. Котловым. Особое внимание при этом уделялось исследованию карстово-суффозионных процессов и явлений - этими вопросами занимались Н.М. Герсеванов, А.Л. Гордон, В.Н. Кожевникова, В.И. Козловский, Н.В. Коломенский, И.С. Комаров, Ф.В. Котлов, А.Д. Кочев, В.М. Кутепов, С.Г. Майоров, О.П. Медведев, М.Н. Парецкая, С.И. Парфенов, Чертков Л.Г., и др. Изучением оползневых явлений занимались такие исследователи как Б.М. Даньшин, В.А. Жуков, В.В. Кюнтцель, С.Н. Никитин, А.П. Павлов, Г.П. Постоев, И.В. Чуринов, А.И. Шеко.

Во второй половине 1970-х годов в Гидрорежимной экспедиции Мингео РСФСР были выполнены работы по комплексному изучению гидрогеологических и инженерно-геологических условий территории г. Москвы в границах МКАД. На основе результатов этих работ "Геоцентр-Москва" в период 1981-1990 гг. Ю.О. Зеегофером, И.С. Пашковским, В.Н. Селезневым и др. была создана первая геофильтрационная модель городской территории [20].

В 1984 г. Г.А. Голодковской, Н.И. Лебедевой и С.И. Петренко была составлена "Карта инженерно-геологического районирования территории г. Москвы и типов строения геологической среды масштаба 1:25 000", в которой впервые была проведена крупномасштабная типизация территории города по особенностям строения геологической среды [4]. С 1983 по 1990 г ТГУ ЦР выполнены работы по подготовке к изданию Государственной геологической карты масштаба 1:50 000 Московской группы листов (Т.Ю. Жаке, И.В. Фурсикова).

В 2010 г. ГУП "Мосгоргеотрест" были закончены работы по геологическому картированию территории города в масштабе 1:10 000. Их результатом стал выпуск геологического атласа, включающего в себя геологические, гидрогеологические карты, карту распространения геологических процессов и явлений, построенные совместно с НПП "Георесурс", а также карты инженерно-геологического районирования, районирования территории по условиям взаимосвязи водоносных горизонтов, карстово-суффозионной опасности и микросейсмического районирования (в масштабе 1:50 000), построенные совместно с институтом Геоэкологии РАН под руководством В.И. Осипова. Именно этот комплект карт, а также фактический материал, использованный для его построения, стал базой для построения компьютерной модели в рамках этой работы.

Как отмечено выше, несмотря на высокую степень изученности инженерно-геологических условий в крупных городах, при анализе архивных материалов прошлых лет возникает ряд сложностей, первая из которых - небольшая глубина и неравномерность распределения фондовых данных. Так, на сегодняшний день в фондах ГУП "Мосгоргеотрест" содержится более 800 тыс. журналов буровых скважин, пробуренных преимущественно за последние 50 лет, что в среднем составляет более 7 скважин на 1 Га территории города. Однако не все они представительны, большинство имеет небольшую глубину. Для построения комплекта геологических карт масштаба 1:10 000 из архивов было отобрано около 100 тыс. скважин средней глубиной около 20 м. На рис. 12 приведена карта распределения архивного материала по территории г. Москвы. Из нее видно, что наилучшими показателями изученности (плотность сети архивных скважин и средняя их глубина) вполне предсказуемо характеризуется исторический центр города. Кроме того, отмечается тенденция, что средняя глубина выработок возрастает в северо-западном и юго-восточном направлении и, напротив, падает в северо-восточном, северном и южном. Эта закономерность может быть отчасти объяснена природными особенностями - зоны повышенной глубинности скважин часто приурочены к районам, относящимся в геоморфологическом отношении к долинному комплексу р. Москвы и её притоков. Эти участки традиционно считаются более опасными для строительства, в том числе в карстовом отношении, в связи с чем в процессе проведения инженерно-геологических изысканий требуется бурение более глубоких скважин. Более низкие значения этого показателя приурочены к водораздельным территориям. Наименьшей изученностью характеризуются лесопарковые зоны: национальный парк Лосиный остров, Измайловский лесопарк, усадьбы Кусково, Царицыно и т.д.

Рис. 12. Карта распределения архивного материала по территории г. Москвы

Еще один фактор, затрудняющий применение фондовых данных инженерно-геологических исследований - это их разрозненность. В процессе проведения изысканий под конкретный объект, особенно небольшой, не всегда возможна правильная интерпретация результатов буровых работ, в особенности это касается расчленения разреза четвертичных и мезозойских отложений. И, если при проектировании типового сооружения малой заглубленности неверная геохронологическая интерпретация полученных данных вряд ли может привести к критическим ошибкам, то строительство уникальных сооружений, таких как высотные здания, в виду существенно большего радиуса зоны взаимодействия здания с природной средой, уже требует достоверной оценки геологических условий района строительства. Так, например, при проведении прогнозного геофильтрационного моделирования в расчет берется площадь в десятки, а иногда и в сотни раз превышающая размеры строительной площадки. При этом в модель закладывается большое количество архивных данных, несходимость которых может привести к заданию принципиально неверных параметров модели и, как следствие, ошибочным результатам прогноза изменения гидрогеологических условий.

Помимо необходимости выявления ошибок, существенные сложности связаны с тем фактом, что в процессе документирования геологической информации различными организациями в разное время использовались разные системы геологических индексов - легенды. Это обусловлено как периодически осуществляющимся пересмотром официально принятой легенды (в особенности в отношении стратификации четвертичных отложений), так и стремлением изыскателей упростить и оптимизировать эту систему под прикладные нужды в зависимости от условий той или иной строительной площадки. Часто в рамках одного отчета часть стратиграфических подразделений обозначена индексами региональных подразделений (свиты, подсвиты), а часть - общих (системы, отделы, ярусы). Многие таксоны объединяются между собой. В результате имеющаяся в фондах информация с трудом поддается обобщению и корреляции. Для взаимного сопоставления все материалы должны быть приведены к единой системе индексации, что и было выполнено в процессе крупномасштабного картирования территории Москвы. В связи с этим в данной работе применяется легенда, использованная при построении геологического атласа масштаба 1:10 000. Она основана на "Опорной легенде Государственной геологической карты масштаба 1:50000 Московского административно-хозяйственного района" [98], сохраняет элементы преемственности и не противоречит схемам, используемым московскими геологами последние десятилетия.

В то же время значительная часть имеющихся в архивах материалах первоначально проиндексирована в легенде, с некоторой долей вариации соответствующей стандарту предприятия "ГУП Мосгоргеотрест" [111] и эта же легенда, как правило, используется сегодня для обозначения стратиграфических подразделений в материалах инженерно-геологических изысканий. В приложении 1 произведено сопоставление этих двух систем стратификации с обоснованием выделения стратиграфических единиц.

3.2 Особенности условий освоения подземного пространства г. Москвы для строительства высотных зданий

Геологические условия. На территории г. Москвы в пределах глубины взаимодействия с сооружениями распространены осадочные породы, относящиеся к каменноугольному, меловому, юрскому и четвертичному возрастам. Эти породы могут быть разделены на три крупных региональных комплекса, существенно различных в структурном и литолого-генетическом отношениях - палеозойский, мезозойский и кайнозойский. Произведенный анализ геологического строения территории г. Москвы был направлен на оценку возможности использования тех или иных отложений в качестве оснований для фундаментов высотных зданий.

Каменноугольные отложения на территории г. Москвы распространены повсеместно и до глубины 100-150 м представлены карбонатно-глинистыми породами, относящимися к верхнему и среднему отделам каменноугольной системы. Описание разреза среднего и верхнего карбона в общем виде приведено в таблице 2, основанной на легенде к карте каменноугольных отложений масштаба 1:10 000. Обзорная карта распространения каменноугольных отложений различного возраста приведена на рис. 13. Для удобства восприятия цветовая информация на этой карте характеризует не только стратиграфическую принадлежность пород, но и их роль в формировании гидрогеологической обстановки - преимущественно водовмещающие отложения выдержаны в серой цветовой гамме, относительно водоупорные породы - в коричневатой.

Характер палеорельефа кровли каменноугольных отложений обусловлен деятельностью денудационных, эрозионных и, в меньшей степени, карстовых процессов, в результате чего он представляет собой пологонаклонную в юго-восточном направлении равнину, расчлененную сетью эрозионных долин. Карстовые формы палеорельефа зафиксированы прежде всего в районе Строгино, а также в днище Главной доюрской долины, тянущейся в южной части города с запада на восток по линии станция "Очаково" - станция метро "Новые Черемушки" - Люблино и пространственно приуроченной к северному крылу флексуры, простирающейся вдоль северного разлома Подмосковного авлакогена [6].

По своим физико-механическим свойствам все карбонатно-глинистые отложения верхнего и среднего карбона, при условии их сохранности, могут служить надежной опорой, как для фундаментных плит, так и для нижних концов (пят) свай-стоек. Физико-механические свойства отложений московского и касимовского ярусов, полученные по результатам обобщения исследований на различных участках ММДЦ "Москва-Сити" приведены в приложении 2.

Рис. 13. Обзорная карта распространения отложений каменноугольной системы на территории г. Москвы [96, с интерпретацией автора]

Таблица 2. Описание отложений каменноугольной системы, распространенных на территории г. Москвы

При этом заглубление фундаментных плит в отложения среднего отдела каменноугольной системы, относящиеся к нерасчлененным подольской и мячковской свитам (C₂pd-mc) может быть затруднено тем фактом, что они служат коллектором для подольско-мячковского водоносного горизонта. Этот горизонт характеризуется значительной величиной напора, большой проводимостью и водообильностью и является эксплуатационным. Величина водопроводимости для него достигает 2200 м²/сут, а иногда и больших значений. Вскрытие этих пород в строительном котловане будет сопряжено с проведением откачек колоссальных объемов воды с целью недопущения возникновения водопритоков, что, во-первых, является крайне сложной задачей в техническом плане, а во-вторых может привести к образованию депрессионных воронок многокилометрового радиуса. Этот факт был подтвержден результатами гидрогеологического моделирования, выполненного в рамках проведения инженерно-геологических изысканий на участках №№17-18 ММДЦ "Москва-Сити" (см. главу 4).

В южной части г. Москвы в районах Бирюлево и Царицыно уровень подземных вод располагается на 5-15 м ниже кровли подольско-мячковских отложений, однако глубина залегания кровли среднекаменноугольных пород на этом участке составляет более 70 м. Локальные зоны понижения уровня подольско-мячковского водоносного горизонта ниже его кровли в северной и северо-восточной частях г. Москвы приурочены к участкам откачки подземных вод для целей технического водоснабжения и для нужд метростроя. Так, например, в районе Останкино уровень подземных вод подольско-мячковского водоносного горизонта снижен на 50-60 м относительно естественного уровня [71, 96]. Теоретически на этих территориях возможно заглубление фундаментной плиты в отложения среднего отдела каменноугольной системы, однако, во-первых, при оценке такой возможности должно быть произведено гидрогеологическое моделирование, учитывающее вариант приостановки или прекращения водоотбора и, как следствие, полного или частичного восстановления уровенного режима подольско-мячковского водоносного горизонта, а во-вторых необходимо принимать во внимание высокую вероятность активизации карстовых процессов под влиянием колебания уровней подземных вод в карбонатной толще и вследствие наличия нисходящей фильтрации вышезалегающих водоносных горизонтов.

В то же время, невыветрелые и незакарстованные среднекаменноугольные известняки и доломиты могут служить хорошим основанием для упора свай-стоек. В этом случае опять же необходимо проведение тщательного анализа гидрогеологической обстановки с проведением расчета объемов возможных притоков в котлован на стадии устройства свайного поля в случае устройства фундаментной плиты ниже установившегося уровня подольско-мячковского горизонта.

Отложения суворовской подсвиты кревякинской свиты (C3kr1), залегающие на мячковских породах с незначительным размывом, характеризуются значительной неоднородностью и представлены водоносными карбонатными породами различной прочности с локальным расположением в приподошвенной части подчиненных толщ, прослоев и линз относительно водоупорных глинисто-мергелистых отложений. В региональном отношении суворовский и подольско-мячковский водоносные горизонты связаны в единый водоносный комплекс, гидравлическая связь в котором осуществляется через многочисленные эрозионные окна в нижней относительно водоупорной мергелисто-глинистой толще суворовских отложений. Заглубление фундаментного основания сооружения в породы суворовской подсвиты сопряжено с необходимостью учета фактора наличия этой связи при проведении гидрогеологического моделирования.

Вышележащие отложения каменноугольной системы представлены чередующимися пачками карбонатных и глинистых пород. Карбонатные толщи являются коллекторами для водоносных горизонтов, глинистые выполняют роль водоупоров. Пример ММДЦ "Москва-Сити" (см. главу 4) показывает, что при условии относительной сохранности отложений, все они могут служить надежным основанием, как для плитных, так и для свайных частей фундаментов высотных зданий. В то же время, некоторые из толщ имеют ряд особенностей, влияющих на инженерно-геологические условия строительной площадки.

Каменноугольные глины существенно карбонатные (за исключением отложений щелковской подсвиты) твердой, реже полутвердой консистенции, армированы прослоями полускальных пород. При заглублении строительного котлована в толщи преимущественно глинистых грунтов в ряде случаев (в зависимости от величины напоров нижележащих водоносных горизонтов и мощности остаточной части толщи глинистых пород в основании котлована) должен быть осуществлен расчет вероятности развития процесса выпора дна котлована под воздействием гидростатического давления нижезалегающих напорных водоносных горизонтов. В случае если результаты моделирования допускают вероятность возникновения такого выпора, может быть необходима разработка комплекса мер по искусственному снижению величины уровней нижележащих водоносных горизонтов до момента достижения необходимой расчетной величины пригрузки дна котлована строящимся сооружением, как это было сделано при строительстве Центрального ядра ММДЦ "Москва-Сити".

В отличие от других пачек преимущественно глинистых пород каменноугольной системы, отложения неверовской подсвиты хамовнической свиты (C₃hm₂) на значительной части территории города имеют отчетливо выраженное двучленное строение. Если верхняя толща представлена переслаиванием карбонатно-глинистых пород с отчетливым преобладанием глинистой составляющей, то в составе нижней преобладают кавернозные доломитизированные пестроцветные мергели. Эти отложения вместе с залегающими ниже карбонатными породами ратмировской подсвиты (C₃hm₁) являются водовмещающими для ратмировского водоносного горизонта. Таким образом, мощность водоупорной части неверовской подсвиты сокращается до 3-4 м.

В кровле каменноугольных отложений со значительным стратиграфическим несогласием залегает комплекс мезозойских пород, относящихся к юрской и меловой системам.

Кровля мезозойских отложений залегает на абсолютных отметках от 80 до 242 м и в значительной степени повторяет современный естественный рельеф. На фоне общего погружения палеорельефа в северо-восточном направлении наблюдается система погребенных долин, в большинстве случаев унаследованных современными. Центральной является палеодолина р. Москвы, имеющая многочисленные палеопритоки, наиболее крупными из которых являются палеодолины рек Яузы, Городни, Чертановки, Сходни, Серебрянки и Чермянки [96]. Частично в днищах этих долин мезозойские отложения полностью размыты, в результате чего четвертичные породы залегают непосредственно на каменноугольных. Наиболее полный разрез мезозойских отложений представлен в районе Теплостанской возвышенности, суммарная их мощность здесь достигает 120-130 м.

Обобщенное описание мезозойского разреза приведено в таблице 3, на рис. 14 представлена обзорная карта-схема распространения пород мезозойского комплекса.

В основании разреза юрской системы залегают имеющие весьма ограниченное распространение континентальные отложения, относящиеся к кудиновской (J₂kd), люблинской (J₂lb) и москворецкой (J₂mr) толщам. Несколько шире распространены с несогласием их перекрывающие породы морского генезиса, относящиеся к криушской (J₂kr) свите. Однако в целом комплекс вышеперечисленных отложений выполняет роль заполнителя углублений древнего рельефа и приурочен к доюрским долинам, в пределах которых, как правило, развиты карстовые процессы и явления.

Рис. 14. Обзорная карта распространения отложений мезозоя на территории г. Москвы [96, с интерпретацией автора]

Таблица 3. Описание отложений мезозоя, распространенных на территории г. Москвы

Выше залегает комплекс глинистых пород, относящихся к нерасчлененным великодворской, подосинковской, коломенской и ермолинской свитам (J_2-3vd-er). Отложения этих свит имеют сходный литологический состав, различия в котором отмечаются только в опорных разрезах, охарактеризованных детальным послойным описанием и определениями фауны и микрофауны [96]. В технических отчетах и научных публикациях эта толща часто называется "келловей-оксфордскими глинами", иногда (в некоторых случаях весьма приблизительно) разделяясь на отложения келловейского и оксфордского яруса.

Представлены эти породы глинами черными, алевритистыми полутвердыми, реже тугопластичными, с карбонатным детритом, редкими желваками глинистых фосфоритов и конкрециями пирита и марказита. Иногда отмечается изменение окраски глин снизу-вверх от светло-серой к черной и до зеленоватой из-за присутствия гнезд глауконитового песка. Преобладающая мощность этих отложений на территории г. Москвы 16-20 м, на юго-востоке в пределах палеодолины р. Москвы (в районах Люблино-Капотня, Орехово-Борисово) она увеличивается до 30-32 м, а на водоразделах палеозойского рельефа уменьшается до 5-10 м (Алтуфьево, Новослободская, ВДНХ).

Результаты анализа большого количества лабораторных исследований, выполненных в рамках проведения инженерно-геологических изысканий под различные объекты на территории г. Москвы, который был выполнен в НИИОСП им. Н.М. Герсеванова, подтвердили выдержанность физических свойств, деформационных и прочностных характеристик по разрезу великодворско-ермолинских отложений. Верхняя (оксфордская) часть толщи характеризуется преобладанием глинистых фракций в гранулометрическом составе по сравнению с нижней (келловейской) и, как следствие, имеет большие значения коэффициента пористости e (в среднем 1,2 против 0,98) при близком среднем показателе текучести I_L (0,04 и 0,06 соответственно). В соответствии с выявленной корреляционной зависимостью между этими показателями физических свойств и модулем деформации E, нормативные значения показателя E составляют соответственно 20 и 22 МПа. Нормативные значения прочностных показателей - угла внутреннего трения ц и удельного сцепления C при консолидированно-дренированном срезе равны 18є и 60 МПа для келловейских пород и 17є и 70 МПа для оксфордских [25].

Залегающие выше отложения, относящиеся к егорьевской (J₃eg), и филевской (J₃fl) свитам, развиты повсеместно за исключением днищ крупных доледниковых долин. Во многих публикациях и технических отчетах по проведению инженерно-геологических изысканий комплекс этих отложений часто называется "волжским ярусом", что не соответствует современной схеме стратификации.

Егорьевская свита представлена песками черными, черно-зелеными, глауконит-кварцевыми с редкими включениями песчаника и конкрециями черных глинистых фосфоритов, реже алевритовыми глинами, суглинками. Мощность отложений в основном колеблется в пределах 1,5-3 м. Стабильность литологических и геофизических характеристик (на диаграммах гамма-каротажа резкие пики с активностью 30-40 мкр/час на фоне окружающей породы с активностью 8-12 мкр/час) характеристик позволяет использовать породы егорьевской свиты в качестве маркирующего горизонта, гипсометрия подошвы которого отражает структурный план мезозойских отложений [96]. Абсолютные отметки подошвы свиты варьируются в пределах от 100-110 м в субширотном направлении Заречье-Очаково-Косино до 130 м в районе Митино.

Еще одна важная особенность егорьевских отложений - наличие в них егорьевского водоносного горизонта, величина напора которого при небольшой мощности водоносной части может превышать 10 м. Несмотря на это, данный водоносный горизонт мало изучен и редко фиксируется в процессе бурения инженерно-геологических скважин.

Филевская свита представлена глинистыми алевритами, иногда супесями, алевритовыми глинами сильно слюдистыми с включениями пирита, фауны. Несмотря на то, что эти породы как правило характеризуются значительной величиной модуля деформации (в среднем 20 МПа), они обладают тиксотропными свойствами [5], что существенно осложняет условия освоения подземного пространства - в частности процесс прокладки тоннелей и, что особо актуально для высотного строительства, устройство свайных полей. Нормативные значения показателей ц и C для глин филевской свиты составляют 21є и 40 МПа соответственно. Такие специфические свойства, а также высокая вероятность наличия в основании свиты егорьевского водоносного горизонта, абсолютные отметки уровня установления которого в большинстве случаев выше отметок кровли филевских отложений не позволяют рассматривать эти отложения в качестве "опорных толщ" для фундаментов высотных зданий.

Залегающие выше отложения, относящиеся к нижнему отделу меловой системы (для лопатинской свиты J₃-K₁lp - объединенному с верхним отделом юрской системы), характеризуются достаточно высокой степенью неоднородности состава и свойств. В региональном масштабе нижнемеловые породы представляют собой неравномерное переслаивание песчано-глинистых пород с преобладанием песков, иногда с включениями песчаных фосфоритов и стяжениями и редкими прослоями песчаников, со сложными структурными и текстурными особенностями. Пески преимущественно пылеватые и мелкие, плотного сложения. Глинистые отложения, как правило по составу и свойствам схожи с породами филевской свиты и представлены в основном глинистыми алевритами, по гранулометрическому составу - супесями, суглинками.