Исключение составляет парамоновская свита K₁pr, залегающая в кровле нижнемеловых отложений и представленная мощной выдержанной по простиранию толщей черных жирных глин, преимущественно полутвердой и тугопластичной консистенции. В подошве свиты встречаются прослои песков, в кровле - глинистых алевритов. Эти отложения имеют ограниченное распространение и встречаются только в пределах водораздельной поверхности в юго-западной части города. Глинистые породы парамоновской свиты служат водоупором для надпарамоновского водоносного комплекса, в то время как вся толща нижезалегающих нижнемеловых грунтов как правило обводнена. В ней могут быть выделены несколько локально распространенных водоносных горизонтов, разделенных относительными водоупорами и являющихся частью надъюрского водоносного комплекса - волгушинский, ворохобинский, бутовско-икшинский, кунцевский.

Таким образом, нижнемеловые породы с позиции устройства оснований высотных зданий могут быть разделены на два структурных этажа. Комплекс песчано-глинистых отложений нижнего мела характеризуются преобладанием в разрезе обводненных тонкодисперсных песков и глинистых алевритов. Пески плотного сложения характеризуются слабой деформируемостью, однако способны проявлять плывунные свойства при вскрытии в строительном котловане. Проходка такого рода котлована возможна под защитой противофильтрационной завесы, заглубленной в толщу относительно водоупорных пород, распространенных повсеместно в пределах контуров сооружения (или его заглубленной части). В то же время эти отложения могут служить надежной средой для свай, передающих нагрузку по боковой поверхности. Достоверный расчет конфигурации свайного фундамента в таких отложениях может быть произведен с широким использованием метода статического зондирования на значительную глубину.

Толща глинистых пород парамоновской свиты, напротив представляет собой надежное основание для плитных частей фундаментов высотных зданий. При этом, скорее всего, конфигурация фундамента будет плитно-свайной с заглублением концов свай в толщу нижезалегающих песчано-глинистых отложений, однако окончательный выбор конструкции фундамента возможен только по результатам инженерно-геологических изысканий с проведением полевых и лабораторных исследований, геомеханического и гидрогеологического моделирования.

Над отложениями парамоновской свиты в пределах Теплостанской возвышенности залегают породы яхромской (K₂jah), загорской (K₂zg) и дмитровской (K₂dm) свит верхнего мела, представленные преимущественно песками, а также очень ограниченно распространены останцы кремнистых пород (трепелы, опоки) теньтиковской свиты (K₂tn). В целом верхнемеловые отложения по составу и свойству схожи с "допарамоновскими" нижнемеловыми породами, но в них в большей степени преобладает песчаная составляющая.

Отложения четвертичной системы на территории г. Москвы представлены неоплейстоценовыми и голоценовыми породами. Распространены они практически повсеместно, за исключением непротяженных отрезков крутых речных долин, преимущественно в нижней части склонов, где обнажаются коренные породы. Средняя мощность четвертичных образований составляет 20-30 м, в некоторых местах Теплостанской возвышенности она сокращается до первых метров, а в областях развития погребенных палеодолин может превышать 50 м.

Обобщенное описание разреза отложений четвертичной системы приведено в таблице 4, а на рис. 15 представлена схема их взаимоотношения. В отличие от каменноугольных и мезозойских отложений, породы четвертичного чехла характеризуются дискретным распространением, большей изменчивостью фациального состава и мощностей. По генетическому признаку наиболее распространенными являются аллювиальные отложения, слагающие долины р. Москвы и её притоков, и комплекс ледниковых и водно-ледниковых образований двух последних для этой территории оледенений - донского и московского. Более древние отложения (в том числе и фрагментарно сохранившиеся образования сетуньской морены) залегают в основном в понижениях дочетвертичного рельефа и не всегда поддаются расчленению.

Таблица 4. Описание отложений четвертичной системы, распространенных на территории г. Москвы

Рис. 15. Схема соотношения четвертичных отложений г. Москвы [96]

Частично наследуя формы палеорельефа, а, иногда, заполняя и нивелируя их, четвертичные образования формируют современный рельеф территории г. Москвы. По генезису в пределах рассматриваемой территории выделяются два основных типа рельефа: эрозионно-аккумялятивный рельеф долины р. Москвы и аккумулятивный и эрозионно-аккумулятивный рельеф связанный с московским оледенением. При этом, необходимо отметить, что естественный рельеф территории города был существенно изменен в результате антропогенной деятельности человека, что выражено в засыпке оврагов, планировке территории и т.д.

К грунтам четвертичного возраста, представляющим собой объективно неблагоприятное основание для фундаментов высотных зданий можно отнести обвально-оползневые отложения dl III-H, приуроченные к зонам развития гравитационных процессов и специфические грунты болотного и озерно-болотного генезиса (pl H; l,pl III-H), а также пойменные отложения aH, часто представленные водонасыщенными органогенно-глинистыми образованиями текучей и текучепластичной консистенции. Впрочем, эти породы имеют приповерхностное залегание, и мощность их редко превышает 10 м, из чего следует, что в области их распространения, как правило, возможна проходка строительных котлованов под защитой противофильтрационных ограждений с заглублением дна в подстилающий их водоупор.

Отложения 3-х надпойменных террас р. Москвы и её притоков, водно-ледниковые образования, а также нерасчлененный комплекс флювиогляциальных, ледниково-озерных, ледниковых и аллювиальных отложений, залегающий в основании четвертичного чехла a,f Ivk-ds¹ не могут быть однозначно охарактеризованы в этом отношении ввиду существенной вариативности состава и свойств. При анализе инженерно-геологических условий участка строительства в области распространения этих пород необходимо учитывать некоторые их специфические особенности. Отложения первой (a¹IIIln-os) и второй (a²IIIkl) надпойменных террас могут перекрывать древние котловины, заполненные озерно-болотным материалом (pl,l IIImk). Породы нерасчлененного комплекса a,f Ivk-ds¹, ввиду своего заглубленного залегания, как правило, являющиеся коллектором для напорного водоносного горизонта, при преобладании в гранулометрическом составе мелких и пылеватых песчаных фракций могут проявлять плывунные свойства.

На фоне остальных пород четвертичного чехла относительной выдержанностью состава и свойств характеризуются моренные отложения московского (gIIms²) и донского (gIds²) оледенений (рис. 16).

Моренные образования донского оледенения распространены достаточно широко, но на дневную поверхность выходят лишь в долине р. Москвы и некоторых её притоков, где они слагают нижние части склонов, а также цоколи 2-й и 3-й надпойменных террас. Отсутствуют они в тальвегах долины р. Москвы, низовьях и отдельных отрезках среднего течения р. Яузы, по долинам некоторых рек на юге территории, а также в пределах территории с наибольшими абсолютными отметками - Теплостанской возвышенности. Морена представленая в большинстве случаев суглинками, реже - грубыми песчанистыми глинами с гравием, галькой и валунами. Цвет пород серый и темно-серый, иногда почти черный, верхам морены присуща красно-коричневатая окраска. Среди обломков по составу резко преобладают осадочные породы, в первую очередь известняки, значительно реже отмечаются валуны метаморфических и изверженных пород. На отдельных участках на водоразделе рек Яузы и Пехорки в толще суглинков встречаются маломощные линзовидные прослои песков.

Рис 16. Карта распространения ледниковых отложений на территории г. Москвы

Ледниковые отложения московского горизонта gIIms² еще более широко распространены на территории г. Москвы. Отсутствуют они лишь на отдельных отрезках современных долин р. Москвы и её крупных притоков. Абсолютные отметки подошвы колеблются от 238-240 в районе Теплостанской возвышенности до 145-148 м на западе территории. Отложения представлены суглинками, реже глинами красновато-коричневого и темно-бурого цвета, вверху иногда - кирпично-красными, вблизи основания местами темно-серыми, неравномерно известковистыми, иногда сильно опесчаненными с дресвой, гравием, галькой и валунами магматических, метаморфических, редко осадочных пород. На некоторых участках, преимущественно на севере и северо-западе территории, где для морены московского оледенения характерны максимальные мощности, в толще глинистых отложений прослеживаются протяженные горизонты (один или два) песков, мощность которых колеблется от 2 до 10 м (in gIIms²).

Моренные отложения донского и московского оледенений разделены толщей донско-московских флювиогляциальных, аллювиальных и озерных отложений f,lg I ds³-II ms¹. Представлены они преимущественно песками серыми, желтовато-серыми, часто глинистыми слабо сортированными, иногда содержащими включения гравия и гальки, реже супесями и суглинками. В единичных скважинах на западе территории г. Москвы в толще водно-ледниковых отложений донско-московского межледниковья были отмечены линзы и прослои озерных и болотных отношений, относящихся к лихвинскому горизонту (l,pl II lh) и представленные иловатыми глинами, карбонатными суглинками, реже песками с прослоями торфа и гитий [96].

Как правило, в зоне обоюдного развития ледниковых отложений донского и московского оледенений, донско-московские межморенные отложения имеют мощность не превышающую 2-3 м и наоборот, в местах размыва донской морены, она может достигать 20 м и более. В случае если межледниковые породы отсутствуют, грунты московской и донской морен, залегающие непосредственно друг на друге, плохо поддаются расчленению.

Незначительные различия в составе глинистых ледниковых грунтов донского и московского оледенений в малой степени влияют на их инженерно-геологические свойства. По данным Голодковской Г.А. и Лебедевой Н.И. [5], в среднем для моренных суглинков угол внутреннего трения ц изменяется в пределах от 18 до 20°, а сцепление C составляет 0,05 МПа. Для суглинков донского возраста в юго-западной части территории г. Москвы характерно повышенное по сравнению с остальной территорией содержание глинистых частиц, в результате чего они характеризуются несколько повышенным числом пластичности и заниженным углом ц (16-17°).

Рис. 17. Характерный геолого-литологический разрез по площадке строительства высотного здания на юго-западе г. Москвы [45]

На протяжении всего периода освоения территории г. Москвы, при застройке водораздельных территорий, выполненных суглинками московской и донской морены, эти грунты использовались в качестве оснований для фундаментов мелкого и среднего заложения. Не составляют исключения и высотные здания - на рис. 17 приведен характерный геолого-литологический разрез по строительной площадке высотного здания на юго-западе Москвы, процесс проектирования подземной части которого был описан Кубецким В.Л. и Ивановым В.В. [45]. Геологическая индексация на разрезе соответствует стандарту предприятия ГУП "Мосгоргеотрест" [111]. Фундамент описанного сооружения плитно-свайный. Основанием для 1,5-метровой плиты сооружения служат моренные суглинки и глины донского возраста, концы свай заглублены в толщу плотных обводненных песков нижнемелового возраста.

В связи со всем вышеизложенным, комплекс ледниковых отложений донского и московского возраста в данной работе рассматривается как единая толща, характеризующаяся относительно благоприятными для устройства оснований высотных зданий свойствами. При этом при распространении моренных отложений обоих оледенений, должен быть учтен факт наличия межледниковых грунтов, а на северо-западе и северо-востоке территории - горизонтов московских внутриморенных песчаных отложений. В ряде случаев эти отложения обводнены и служат коллектором для межморенного и внутриморенного водоносных горизонтов, которые часто имеют напорный характер. В этом случае, как показано ниже данные грунты могут проявлять плывунные свойства. Кроме того, нужно понимать, что моренные грунты московского и донского оледенений, как правило, имеют приповерхностное залегание и ориентация на них в качестве опорных толщ может накладывать ограничения по заглубленности строительного котлована, а следовательно, и на подземную этажность высотного здания.

Анализ распространения и развития на территории г. Москвы опасных инженерно-геологических процессов и явлений, влияющих на безопасность высотного строительства. К опасным инженерно-геологическим процессам и явлениям, распространенным на территории г. Москвы, относятся карстово-суффозионные процессы, оползнеобразование, подтопление и заболачивание территории, плывуны.

Карстовые процессы на территории г. Москвы связаны с наличием в разрезе растворимых и проницаемых карбонатных пород каменноугольного возраста.

Наиболее интенсивно процесс карстообразования развивался на протяжении длительных континентальных перерывов, когда происходил размыв ранее отложившихся осадков, сопровождающийся образованием глубоких речных врезов и создавались благоприятные условия для проникновения в толщу карбонатных пород пресных вод. В связи с этим, участки, в наибольшей степени подверженные карстовым процессам, приурочены к придолинным участкам и бортам древних речных врезов.

На протяжении длительной истории геологического развития к настоящему времени на территории г. Москвы сформировалось два типа карстовых форм: развитые непосредственно в растворимых породах и в отложениях, перекрывающих закарстованные толщи.

В толщах карбонатных пород каменноугольного возраста на территории г. Москвы карстовые проявления представлены кавернами, порами, расширенными трещинами, полостями и окружающими их брекчированными зонами, измененными до мучнисто-глинистого состояния отложениями. Карстовые пустоты верхней (в пределах 3-15 м от кровли каменноугольных отложений) части карбонатных карстующихся пород почти всегда заполнены глиной, карбонатной мукой, песком, реже гравийно-галечниковыми отложениями, в отдельных случаях - переотложенными четвертичными песчаными и обломочными грунтами.

К условиям, теоретически служащим предпосылками для образования поверхностных карстово-провальных явлений относятся: наличие в каменноугольных отложениях карстовых пустот, повышенная их трещиноватость, пониженная мощность перекрывающих водоупорных отложений, в первую очередь, юрского возраста, наличие незначительных положительных структур, геологически длительное существование водораздельного режима подземных вод. Несмотря на то, что этим условиям удовлетворяют несколько участков на территории города, все в настоящее время достоверно известные карстовые провалы сосредоточены на территории, не превышающей 1,7 % площади города в северо-западном округе в районе Хорошевского шоссе (рис. 18). Здесь насчитывается около 50 провальных воронок, 13 из которых были детально изучены. Диаметры воронок в некоторых случаях достигают 70 м, глубина меняется в интервале от 1,5 до 5-8 м, иногда и больше. Эта территория, ограниченная с юга Хорошовским шоссе и проспектом Маршала Жукова, с севера улицей Вершинина и Песчаной площадью, Живописной улицей с запада и Беговой улицей на востоке.

В геоморфологическом отношении участок представляет собой фрагмент высокой аллювиальной террасы, прорезанной сетью малых рек, наиболее значительная из которых, Ходынка, заключена в коллектор. Естественный рельеф был существенно изменен. Необходимо отметить, что на этой территории имелись песчаные карьеры, глубина которых превышала 10 м, впоследствии засыпанные. Вплоть до конца XIX в. эта территория использовалась для военных целей: размещения казарм, складов, летних лагерей и стрельбищ. Массовая застройка участка была завершена во второй половине 60-х гг. прошлого века, в дальнейшем строительное освоение района производилось точечным способом. В начале 70-х гг. через территорию участка был проложен Краснопресненский радиус метро мелкого заложения.

Рис. 18. Участок проявления карстово-суффозионных процессов на северо-западе Москвы (фрагмент карты распространения геологических процессов и явлений) [96]

На этой территории повсеместно встречаются и образуются небольшие западины суффозионно-техногенного происхождения: микропровалы над вводами инженерных коммуникаций в здания, проседания над трассами водопровода теплоснабжения и т.д. Отдельного упоминания заслуживают постоянно возобновляющиеся западины в асфальтовом покрытии у станций метро Октябрьское поле, Полежаевская, Беговая. Воронки, образовавшиеся в течение последних 10-12 лет, предположительно карстового происхождения, продолжают развиваться [96].

К аналогичным по инженерно-геологическим условиям участкам, в пределах которых пока не было зафиксировано проявления поверхностных карстово-суффозионных форм, выделяются в районах Строгино и Троице-Лыково, Силикатного проезда, Краснопресненской набережной, площади Киевского вокзала, Нагатинской поймы и в других местах.

Рис. 19. Обзорная карта распространения геологических процессов и явлений на территории г. Москвы [96]

Необходимо помнить, что, так как для высотных зданий характерны одновременно глубокое заложение фундаментов и увеличенная по сравнению с другими сооружениями глубина взаимодействия с литосферой, необходимо крайне аккуратно подходить к оценке карстово-суффозионной опасности на строительной площадке. На рис. 19 приведена обзорная карта распространения геологических процессов и явлений на территории г. Москвы, на которой оконтурены зоны, в пределах которых в процессе бурения инженерно-геологических скважин были зафиксированы закарстованные и кавернозные карбонатные породы каменноугольного возраста. Большинство данных зон приурочено к потенциально опасным в карстово-суффозионным отношении геоморфологическим элементам, сформированным в результате эрозионно-аккумулятивной деятельности притоков р. Москвы (в свою очередь несущих некоторую преемственность со стороны древних дочетвертичных и домезозойских потоков). В то же время нужно понимать, что эта территория характеризуется наиболее близким к поверхности залеганием каменноугольных отложений, а, следовательно, и максимальной их изученностью. Это значит, что за её пределами возрастает вероятность обнаружения невскрытых ранее проявлений карстово-суффозионных процессов, а значит, исследования карстово-суффозионной опасности участка строительства высотного здания должны быть проведены независимо от его местоположения, что и оговорено в соответствующих нормативных документах.

В то же время, в пределах значительной части территории, относящейся к долинному комплексу (в особенности в восточной его части), нарушений в толще карбонатных пород выявлено не было.

Таким образом, можно сделать вывод, что выявленное развитие карстово-суффозионных процессов и явлений на том или ином участке территории города можно отнести к факторам, исключающим их выбор на этапе градостроительного обоснования в качестве площадок строительства высотных зданий. Значительная степень кавернозности и трещиноватости отложений, характеризующая территорию как потенциально подверженную карстово-суффозионным процессам может служить сигналом, который необходимо предусмотреть на этапе составления программы работ по проведению инженерно-геологических изысканий.

Вторая группа инженерно-геологических процессов, распространенных на территории г. Москвы, имеет гравитационную природу. Это оползневые процессы и явления.

В пределах городской территории Москвы распространены как глубокие оползни с заложением поверхности скольжения на десятки метров от бровки склона, так и мелкие и приповерхностные оползни.

Глубокие оползни развиты в долинах и на излучинах р. Москвы на правом её берегу. Это участки склонов (в скобках приведено название участков по реестру оползней государственного мониторинга окружающей среды): от устья р. Сетуни до бывшей Андреевской богадельни (Воробьевы горы); от церкви Вознесения до моста Курской ж/д (Коломенское); в Суворовском парке (Фили-Кунцево); по ул. Живописной (Щукино); по Карамышевской набережной (Хорошово-1); от ул. Народного ополчения до ул. Демьяна Бедного (Хорошово-2); по ул. Нижние Мневники (Н. Мневники); по ул. Кульнева (Поклонная гора); вблизи ул. Крылатской (Серебряный Бор); от моста ж/д до ул. Борисовские пруды (Москворечье); Чагинский мыс (Чагино) и в м/р Капотня (Капотня). На 2-х участках долины р. Сходни склон также поражен глубокими оползнями - это участки по бульвару и ул. Яна Райниса (Сходня) и вблизи деривационного канала (Тушино).

Площадь глубоких оползней изменяется от 0,2 до 1 км ². По своему механизму они относятся к оползням выдавливания или сдвига. Развиты такие оползни на склонах высотой 15-70 м, крутизной 9-17°. Основным деформирующимся горизонтом являются юрские глины великодворской и ермолинской свит (J_2-3vd-er). Они залегают на различной высоте по отношению к урезу воды в реке: от 8-12 м ниже уровня до почти полного сложения ими всего склона.

На момент написания работы по результатам мониторинга ОАО "Геоцентр-Москва", работам институтов Геоэкологии и Физики Земли РАН, из 14 участков, пораженных глубокими оползнями, на 7 отмечается активность оползневых процессов. На двух из них - (Хорошево-1 и в микрорайоне Сабурово), активизация процессов привела к основному смещению массива (отколу нового блока от плато и смещению оползневой террасы). Основным фактором, вызывающим смещение грунтов, является техногенное воздействие - переувлажнение грунтов в результате утечек из коллекторов ливневой канализации и пригрузка склона отвалами грунтов. На 3-х участках из 7 активизация произошла в условиях выполненного широкого комплекса противооползневых мероприятий.

На остальных участках оползни неактивные вследствие как выполнения противооползневых мероприятий, так и наличия естественного контрфорса в подошве склона, роль которого выполняют пойменные отложения.

Также в процессе построения карты распространения геологических процессов и явлений были выявлены отдельные участки, которые были классифицированы как потенциально опасные в отношении развития глубоких оползней. Критериями такой классификации служила высота склона (>8 м) и залегание в приподошвенной части юрских глинистых отложений.

Значительно шире на территории г. Москвы распространены территории, потенциально опасные в отношении развития мелких и поверхностных оползней. В основном они приурочены к южной, юго-западной и западной частям города, к долинам рек Сетуни, Очаковки, Битцы, Котловки и др. На склонах этих рек в разные годы были выявлены отдельные мелкие оползни с преимущественной глубиной захвата 1-5 м, реже до 10 м. По механизму образования эти оползни в основном вязкопластичные (оползни-потоки, оплывины), иногда встречаются оползни суффозионной природы. Смещающиеся породы в основном относятся к четвертичной, реже к меловой и юрской системам [96], Данные оползни скорее представляют опасность для объектов неглубокого заложения.

Таким образом, можно сделать вывод, что оползни глубокого заложения представляют серьезную опасность для высотных объектов. Независимо от степени активности в настоящее время строительство сооружения, оказывающего столь серьезное давление на основание с большой вероятностью может привести к изменению НДС массива с приведением оползневого склона в активную фазу. Соответствующее ограничение содержится и в действующих нормативных документах (см. раздел 1.2). Учитывая, что территории, расположенные в пределах зон влияния глубоких оползней (активных, пассивных или потенциально возможных) занимают незначительную часть территории города, строительство высотных сооружений в их пределах должно быть исключено еще на этапе градостроительного регулирования.

Наиболее динамично развивающимся инженерно-геологическим процессом в пределах г. Москвы является подтопление территории грунтовыми водами. Процесс имеет преимущественно техногенный характер и связан с изменением гидродинамического режима приповерхностных горизонтов подземных вод вследствие возникновения барражного эффекта вследствие строительства подземных сооружений, засыпки оврагов, с наличием утечек из водонесущих коммуникаций и т.д.

В настоящее время в постоянно подтопленном состоянии находится около 30 % городской территории (что означает, что уровень грунтовых вод на протяжении всего годового цикла залегает на глубине, не превышающей 3 м), 20-25 % площади периодически подтапливается грунтовыми водами (т.е. уровень залегает на этой глубине на протяжении периодов паводков и половодий или по техногенным причинам).

Наиболее неблагоприятная ситуация с подтоплением наблюдается в восточной части города. В настоящее время в постоянно подтопленном состоянии находится около 40 % территории Восточного административного округа, ещё 30 % его площади периодически подтапливается [96].

С подтоплением тесно связан процесс заболачивания, в результате которого происходит образование слабых органогенных грунтов.

Нужно заметить, что строительство высотных зданий в большинстве случаев предполагает значительное заглубление подземной части (10 м и более), которая в большинстве случаев контактирует с подземными водами. Однако, ограждение строительного котлована при этом практически всегда выполняет гидроизоляционные функции. Таким образом, при проектировании высотных зданий явление подтопления территории должно быть рассмотрено, прежде всего, не с позиций опасности по отношению непосредственно к строящемуся объекту, а с позиций прогнозного расчета и принятия мер по минимизации рисков для окружающей застройки, возникающих в результате динамического изменения уровня грунтовых вод, обусловленного барражным воздействием противофильтрационных конструкций.

Еще одно распространенное, но достаточно малоизученное явление на территории г. Москвы - наличие в разрезе плывунно-неустойчивых грунтов. Под такого рода грунтами понимаются, прежде всего, водонасыщенные пылеватые и мелкие пески, которые при вскрытии их в процессе проходки строительных котлованов, тоннелей, горных выработок теряют устойчивость и поступают в свободные объемы, образуя так называемые "фильтрационные выпоры". Помимо песчаных грунтов при определенных условиях плывунные свойства могут проявлять и глинистые отложения текучей и текучепластичной консистенции.

В городской строительной практике плывуны известны с начала строительства столичного метрополитена. В разное время предотвращать их образование приходилось при проведении подземных и открытых работ в районах станций Сокольники, Маяковская, Кировская, на перегонах Царицыно-Кантемировская, Тушинская-Сходненская, Серпуховская-Тульская, Камсомольская-Красные ворота и др.

Отмечались случаи возникновения плывунных явлений при подрезке естественных склонов. Например, на Воробьевых горах при строительстве лыжного трамплина в техническую выемку произошел выброс песчаных грунтов, затопивших её и работавший в ней экскаватор, вызвавший оседание откоса.

Строительство высотных зданий, как сооружений повышенной заглубленности, связано с риском возникновения плывунных явлений. Особую опасность в этом отношении представляет толща преимущественно песчаных грунтов нижнего отдела меловой системы, которая часто используется в качестве среды для свайных фундаментов. Межморенные и внутриморенные отложения, в случае если они служат коллектором для напорных водоносных горизонтов, также могут проявлять плывунные свойства. Недоучет гидрогеологических условий при проектировании подземной части может привести на этапе устройства свайных полей к прорыву в строительный котлован под воздействием гидростатического давления больших объемов водонасыщенных грунтов.

3.3 Разработка трехмерной компьютерной модели геологического пространства г. Москвы и ее применение в качестве геологической основы для размещения высотных зданий в пределах городской территории

Оценка изменчивости инженерно-геологических условий в пределах той или иной территории традиционно производится с помощью карт инженерно-геологического районирования, на которых на основе качественных и количественных показателей (признаков) обособляются и оцениваются территориальные единицы разного порядка [78]. Наиболее известная крупномасштабная карта инженерно-геологического районирования территории г. Москвы была составлена Г.А. Голодковской и Н.И. Лебедевой и имеет детальность масштаба 1:25 000. В рамках этой работы была проведена типизация территории города на уровне инженерно-геологических районов по особенностям строения геологической среды. При этом наиболее крупной единицей районирования являются инженерно-геологические области, вычлененные по геоморфолого-неотектоническим особенностям территории, в пределах каждой из которых были выделены инженерно-геологические районы по типу строения геологической среды [78, 4].

Эта карта является общей, т.е. ориентированной на многоцелевое использование. Обособление и оценка территориальных единиц с учетом требований определенного вида строительства или решаемой задачи производится на картах специального инженерно-геологического районирования [78].

Однако, реализация принципов перманентного моделирования и соблюдения этапности работ при проведении инженерно-геологических изысканий для высотного строительства возможна только при осуществлении перехода от применения классической картографии к компьютерному моделированию геологической среды.

Критерии ранжирования условий освоения пространства для целей высотного строительства. Очевидно, что оптимальным фундаментным основанием для высотного здания будет служить выдержанная по простиранию толща пород достаточной мощности, характеризующаяся благоприятными инженерно-геологическими свойствами и располагающаяся вне зоны развития инженерно-геологических процессов. При проектировании сооружения, опирающегося на плитно-свайный фундамент, должны быть выбраны как толща для заложения плиты, так и основание, или (в случае применения свай, воспринимающих нагрузку по боковой поверхности) среда для свайной части фундамента, однако, такая детализация соответствует. Анализ геологического строения территории г. Москвы позволил охарактеризовать различные отложения в отношении заведомой степени благоприятности устройства фундаментного основания. При этом в расчет брались такие качественные и количественные показатели, как распространенность тех или иных отложений, их средняя мощность и её изменчивость, физико-механические свойства, подверженность воздействию тех или иных опасных инженерно-геологических процессов. На основании результатов этого анализа были разработаны критерии для создания компьютерной модели.

Очевидно, что учет специфики высотного строительства "в общем" на общегородском уровне вряд ли возможен - слишком велико конструктивное разнообразие высотных зданий и их фундаментных оснований. В то же время, на стадии градостроительного проектирования, на решение задач которой в первую очередь и нацелен процесс разработки региональной компьютерной модели, можно говорить скорее о формировании концепции застройки, чем о разработке технических характеристик сооружений. В связи с этим, в качестве основного показателя, характеризующего вариативность параметров высотных зданий, была выбрана заглубленность фундаментных плит - показатель, напрямую зависящий от функционального назначения сооружения и связанный с количеством подземных этажей, как правило, отводящихся под парковки.

Что касается свайных частей фундаментов, то здесь ситуация более сложная - этот параметр полностью зависит от комбинации технических и природных условий. Современный опыт проектирования показывает, что применение свай осуществляется не только при строительстве в неблагоприятных природных условиях, но и при залегании в основании плиты надежных по своим физико-механическим свойствам грунтов, например, для обеспечения равномерности нагрузок от здания [46]. Многообразие видов и возможных конфигураций плитно-свайных фундаментов не позволяет при том же уровне детализации однозначно охарактеризовать территорию города в отношении благоприятности для строительства. В качестве примера можно привести исследования для строительства проектируемого высотного здания на уч. 17-18 ММДЦ "Москва-Сити", когда при расчете свайного поля различные варианты формы и расположения свай одинаковой длины давали принципиально разные результаты расчетных осадок (см. главу 4). Однако, как было показано в работах Р. Катценбаха [29-31, 91], наличие слабого слоя под фундаментной плитой значительно снижает эффективность работы комбинированного плитно-свайного фундамента. Таким образом, в независимости от типа фундамента, выбор естественного основания для плиты с высокими деформационно-прочностными характеристиками позволит упростить его конфигурацию, следовательно, и снизить расходы на строительство.

По результатам анализа геологической среды г. Москвы весь объем литосферы, расположенный в зоне взаимодействия с существующими высотными и проектируемыми высотными сооружениями, был разделен на 11 структурно-литологических этажей, выделенных в зависимости от степени благоприятности для использования в качестве опоры для фундаментных плит высотных зданий (табл. 5). Толщи, охарактеризованные как обладающие благоприятными свойствами, предпочтительны для использования в качестве естественных оснований высотных сооружений. Низкая степень благоприятности, наоборот, означает, что по возможности следует избегать использования данных отложений для опоры фундаментных плит высотных зданий.

Таблица 5. Литолого-стратиграфические комплексы пород, выделенные по степени благоприятности при использовании в качестве оснований для плит высотных зданий

Примеры возможного взаимного соотношения выделенных литолого-стратиграфических комплексов приведены на рис 20. Отдельных пояснений требует разделение чехла четвертичных отложений.

Рис. 20. Примеры соотношения литолого-стратирафических комплексов: а - в районе ул. Нежинской (ЗАО); б - в районе ул. Римского-Корсакова (СВАО). Красными линиями обозначены границы между толщами, цифрами - номера толщ в соответствии с таблицей 4. За основу взяты геологические разрезы из геологического атласа г. Москвы. М 1:10000 [96]

В качестве опорного горизонта при этом был принят комплекс ледниковых образований донского (gIds²) и московского (gIIms²) оледенений. Данные отложения картировались как единая толща с выделением локальных участков увеличения мощности межморенных флювиогляциальных отложений до 5 м и более. В пределах участков развития моренных грунтов только московского оледенения вышеупомянутые межледниковые отложения залегают либо непосредственно на дочетвертичных образованиях, либо на комплексе флювиогляциальных, ледниково-озерных, ледниковых и аллювиальных пород a,f Ivk-ds¹. Таким образом, в пределах участков развития ледниковых отложений образования четвертичного чехла были разделены на три толщи -"доледниковую", включающую в себя породы комплекса a,f Ivk-ds1, а в зоне отсутствия донской морены еще и флювиогляциальные отложения f,lg I ds³-II ms¹, собственно моренные грунты и надморенный комплекс f,lgIIms³ - tH. В зоне отсутствия ледниковых отложений (как опорного горизонта), разделение четвертичных пород на нижнюю и верхнюю толщу не производилось, и весь их комплекс включался в толщу № 1.

Затем, с использованием крупномасштабных геологических карт и обобщенного фактического материла (колонок буровых скважин, разрезов, переиндексированных в соответствии с принятой в работе системой стратификации), была построена трехмерная цифровая модель, описывающая пространственное распространение каждой из этих толщ.

Модель создавалось путем погоризонтного построения кровли каждой из выделенных толщ с использованием инструментов компьютерной аппроксимации, заложенных в программном комплексе Arc View.

В результате было получено 11 трехмерных поверхностей, верхняя из которых соответствует рельефу современной поверхности г. Москвы, а нижняя - кровле отложений суворовской подсвиты (C₃kr₂). При наложении друг на друга они формируют объемные тела, моделирующие пространственное распространение соответствующих литолого-стратиграфических комплексов; при этом методика построения исключала пересечение поверхностей или наличие между ними пустот, что могло бы привести к неоднозначной трактовке модели.

На эту же модель были спроецированы области распространения карстово-суффозионных и оползневых процессов. Всему массиву грунта в пределах этой зоны была присвоена низкая степень благоприятности для устройства несущих конструктивных элементов фундаментов высотных сооружений. Потенциально карстово-суффозионно-опасные районы отнесены к зонам, требующим детального изучения с учетом специфики района, т.е. этим участкам присваивалась степень благоприятности не выше средней.

Для оценки изменчивости инженерно-геологических условий с глубиной были построены три карты условий освоения подземного пространства в масштабе 1:50 000. Карты представляют собой срезки на глубинах 10, 20 и 30 м от земной поверхности и характеризуют условия освоения подземного пространства для строительства высотных сооружений при заложении фундаментной плиты на соответствующей глубине. Фрагменты всех трех карт в масштабе 1:50 000 приведены на рис. 21. Выбор минимального значения заглубления фундаментной плиты в 10 м обусловлен тем, что практически все высотные здания, построенные в настоящее время в г. Москве имеют не менее 2-3 подземных этажей. На картах отображены залегающие под фундаментной плитой проектируемого сооружения литолого-стратиграфические комплексы пород и показана их остаточная мощность. Также на них вынесены области распространения карстово-суффозионных и оконтурены оползневые склоны. В пределах зон вскрытия в строительном котловане потенциально-плывунных песчаных отложений показаны области их обводненности на соответствующей глубине.

В качестве заведомо благоприятных были охарактеризованы области распространения под фундаментной плитой на соответствующей глубине одной или нескольких идущих подряд "опорных" благоприятных толщ суммарной мощностью более 5 м.

Полученный результат наглядно демонстрирует изменчивость условий освоения подземного пространства с глубиной. Тезис о заведомой благоприятности инженерно-геологических условий водораздельных территорий, в особенности юго-западной части города, сформировавшийся в процессе осуществления массовой типовой приповерхностной застройки, не может быть однозначно принят даже при относительно небольшом для высотных зданий заглублении в 10 м от поверхности земли.

Это связано, прежде всего, с приповерхностным залеганием и не слишком большой мощностью моренных отложений, часто используемых в качестве оснований для сооружений мелкого заложения, в результате чего на значительной части этих территорий для основания фундаментных плит будут использованы толщи четвертичных отложений, характеризующиеся изменчивостью состава и свойств. С увеличением предполагаемых глубин заложения фундаментных плит возрастает контрастность инженерно-геологических условий, что обусловлено тем, что при этом в дне котлованов вскрываются выдержанные толщи грунтов, характеризующиеся значительными мощностями - верхне- и среднекаменноугольные породы, глинистые юрские породы и потенциально плывунные песчаные меловые отложения.

Выводы по главе 3

Предложенная в работе принципиальная схема проведения инженерно-геологических изысканий для высотного строительства ориентирована на урбанизированные территории, характеризующиеся высокой степенью инженерно-геологической изученности. Это касается в первую очередь блока алгоритма (рис. 11), затрагивающего работы на стадии градостроительного проектирования. Инженерно-геологические изыскания на этом этапе целесообразно осуществлять с широким вовлечением архивной геологической информации. В рамках главы была осуществлена апробация предложенной методики на примере г. Москвы.

Для осуществления оценки условий освоения подземного пространства городской территории, был выполнен анализ, направленный на выявление особенностей различных отложений, распространенных на территории г. Москвы, проявляющиеся при их использовании в качестве основания для фундаментов высотных зданий. В расчет брались физико-механические показатели, мощность, выдержанность по простиранию, способность проявлять специфические свойства, такие как тиксотропность и плывунность, приуроченность к зонам развития неблагоприятных инженерно-геологических процессов. По результатам этого анализа весь объем литосферы, расположенный в зоне взаимодействия с существующими высотными и проектируемыми высотными сооружениями, был разделен на 11 структурно-литологических этажей, выделенных в зависимости от степени благоприятности для использования в качестве опоры для фундаментных плит высотных зданий.

С использованием картографического материала и компьютерной базы данных архивных скважин была построена трехмерная цифровая модель, описывающая пространственное распространение каждой из этих толщ.

Для оценки вариативности условий освоения подземного пространства был построен комплект карт-срезок на глубинах 10, 20 и 30 м, каждая из которых характеризует территорию в отношении инженерно-геологических условий для строительства высотных зданий с соответствующим заглублением. На картах условий освоения подземного пространства показаны залегающие на заданных глубинах комплексы пород, выделенные в соответствии с разработанными критериями типизации, их остаточная мощность, области распространения карстовых процессов и явлений и оползней. Оценочные карты районирования территории г. Москвы по условиям освоения подземного пространства для высотного строительства строились по комплексу признаков в соответствии с критерием наихудшего показателя - т.е. в качестве определяющего принадлежность той или иной территории к какому-либо классу, выбирался параметр, характеризующийся наименьшей степенью благоприятности.

Построенные карты наглядно иллюстрируют изменчивость инженерно-геологических условий г. Москвы с глубиной. При этом надо понимать, что, по сути, такие карты - всего лишь результат анализа и визуализации данных, заложенных в информационном ядре - модели геологического пространства. Ни одна самая подробная карта инженерно-геологических условий или районирования не позволяет учесть все многообразие факторов и параметров, которые могут быть заложены в такую модель.

В перспективе детализация этой региональной модели открывает возможности ее использования для решения значительно более широкого круга задач, чем проведение узкоспециальных исследований, направленные на обоснование строительства высотных зданий. В этом случае она может стать универсальным инструментом, осуществляющим обеспечение геологической информацией процесс геологического обеспечения Генерального планирования в г. Москве и учитывающим все нюансы разных направлений градостроительной деятельности.

Глава 4. Опыт проведения инженерно-геологических изысканий для проектирования и строительства объектов ММДЦ "Москва-Сити"

Опыт строительства Московского международного делового центра (ММДЦ) "Москва-Сити" беспрецедентен для РФ. Первоначальный проект строительства комплекса, состоящего более чем из десятка высотных зданий в центральном административном округе г. Москвы был разработан еще в 1992 г и, по сути, знаменовал собой начало современного периода высотного строительства в РФ. Одновременное строительство и эксплуатация такого количества высотных зданий на ограниченной площади не может не оказывать колоссальное влияние на геологическую среду городской территории.

Для реализации первых проектов в рамках программы строительства комплекса были приглашены ведущие зарубежные специалисты в области геотехники и можно сказать, что опыт строительства ММДЦ во многом заложил основы для формирования современных принципов проведения инженерно-геологических изысканий для высотного строительства. Приведенное ниже описание природно-технических условий территории делового центра может быть использовано при проведении дальнейших исследований в ее пределах и на прилегающих участках, а опыт осуществления геологического сопровождения проектирования и строительства комплекса наглядно иллюстрирует особенности применения сформулированных выше принципов на практике.