Отчет о комплексных инженерных изысканиях на площадке полигона ТБО в г. Минеральные Воды

Инженерно-геологические работы

1. Физико-географические условия

Исследуемая территория расположена в 10 км к северу от г. Минеральные Воды, с западной стороны от автодороги Минводы – Александровское, на землях АКХ «Первомайское». Прилегающая местность представлена обширной предгорной равниной, пересеченной многочисленными балками с пологими склонами. Большая часть территории представлена лугово-болотными почвами, солончаковыми и используется под пастбища и сенокосные угодья. Меньшая половина сложена предкавказскими черноземами, она распахана и занята сельскохозяйственными культурами.

Границы проектируемого полигона 150 охватывают отвертки I, II и III порядков правого отрога балки Бурундук. По периферии к вершине отвершков (благодаря развитию плоскостного смыва) в рельефе наблюдаются понижения – ложбины стока. Продольный профиль балки обычный, пологий к устью и более крутой, к вершине. Поперечное сечение близко к трапецеидальной форме Днище вогну­тое, ширина обычно не превышает двух-трех десятков метров. Глу­бина врезки в нижней части – 15-18 м. Склоны пологие, задерно­ванные, частично поросшие кустарником, устойчивые в оползневом отношении. Дно балки на большей части кочковатое, поросшее камышом. В период интенсивного снеготаяния или выпадения атмосферных осадков (ливней) образуются бурные мутные потоки, которые на отдельные участкам формируют промоины глубиной 1,0-2,0 м или заи­ливают небольшие пруды.

Откосы в выемке автодороги Минеральные Воды – Александровское слабозадернованные, видимых деформаций не имеют. При производстве работ по устройству автодороги, были отсыпаны грунты по склону балки.

1.2. Геологическое строение

В геологическом строении исследуемой территории принимают участие элювиально-делювиальные и делювиальные отложения четвертичного возраста, представленные глинами желтовато-серыми, с зеле­новатым оттенком и пятнами голубовато-серой, с многочисленными включениями мелкокристаллического гипса. Максимально закрытая мощность 11,5 м.

С поверхности залегает почвенно-растительный слой, предоставленный предкавказскими черноземами и лугово-болотными почвами с корнями растений и кустарников. Мощность слоя изменяется в пределах 0,4-1,0 м.

В районе существующей автодороги встречены насыпные грунты мощностью 1,0 м (С-1,4), представлены глиной.

1.3 Гидрогеологические условия

В гидрогеологическом отношении исследуемая территория характеризуется повсеместным распространением грунтовых вод. Абсолютные отметки поверхности зеркала водоносного горизонта представленные на карте гидроизогипс изменяется от 96 до 313 м. Направление потока подземных вод почти полностью совпадает с уклонами поверхности земли. Глубина залегания уровня грунтовых вод колеблется от 0-1,0 м по тальвегу балки до 4-5 м и более на бровке и водораздельной части отвершков.

Грунтовые воды безнапорные. Водовмещающие грунты – глины и почвенно-растительный слой. Обводненная разреза неравномерная. Наибольшая связана в основном с экзогенной трещиноватостъю, наименьшая – приурочена к участкам развития плотных глин. Следует замечать, что подземный поток в разрезе не является сплошным, а, как правило, расщеплен на серию более мелких, приуроченных к трещиноватым прослоям. Наиболее проницаемой частью разреза являются грунты зоны аэрации, особенно в кровле отложений за счет бол трещиноватости (трещины усадки), наличия, червеходов, ходов землероев и т.д. Значительная фильтрация наблюдается также в кровле водоносного горизонта, особенно по тальвегу балки, где повышенным скоростям движения вода способствует корневая система травы и кустарников. С глубиной проницаемость глин снижается и границу относительного водоупора можно принять на глубине от 3,0 м (по тальвегу балки) до 5-6 м (по равнинной части).

Невысокие фильтрационные свойства грунтов разреза обуславливают низкую дренированностъ территории. Поэтому, формирование подземных вод происходит в условиях малой проточности от областей питания к области разгрузки.

Пополнение запасов грунтовых вод происходит за счет естественного инфильтрационного питания. По природным условиям формирования, режим грунтовых вод ненарушенный и в годовом разрезе имеет довольно четкий сезонный характер. При этом в ходе уровней отмечается в основном один максимум (весенне-летний) и один минимум (раннеосенний).

Амплитуда весеннего подъема УГВ (в среднем 0,5-1,5 м) зависит от глубины залегания предвесенних уровней, интенсивности выпадения атмосферных осадков, проницаемости и поверхностных условий инфильтрации.

Наличие в тальвеге балки мочажин или просто участков с близким к поверхности залегания УГВ ограничивают возможные колебания зеркала водоносного горизонта, за счет повышенного в этих частях испарения и наличия поверхностного сброса излишков воды.

Анализ подученных результатов показывает, что практически вся исследуемая территория характеризуется достаточно стабильным химическим составом грунтовых вод, а изменения по отдельным компонентам незначительны. В целом, это сульфатно-хлоридно-натриево-магниевые воды с минерализацией 13-20 г/л. Образование их связано с тем, что в условиях затрудненного водообмена, медленное движение грунтовых вод сопровождается выпадением солей в осадок под влиянием концентрирования грунтовых вод при интенсивном испарении. Это приводит к заполнению трещин в глинам мелкокристаллическим гипсом, и в конечном итоге – к сильной сулъфатно-хлоридной агрессивности к бетону и железобетонные конструкциям на сульфато-стойком цементе.

1.4. Физико-механические свойства грунтов

Литологически делювиальные отложения представлены глинами, залегающими сплошным покровом. Они, как правило, неслоисты, содержат небольшое количество (преимущественно в подошве слоя) слабовыветрелых коренных глин, в виде мелких включений. По отдельным прослоям в них иногда наблюдается отчетливо выражен­ная трещиноватостъ, в кровле – с большим количеством червеходов и землероев. Глины содержат гипс в дисперсном (рассеянном) виде, а также в виде стяжений и крупных друз. Консистенция грунта изменяется от твердой до тугопластичной. Все это создает определенную неоднородность толщи делювиальных отложений. Глины характеризуются большой пространственной изменчивостью показателей физико-механических свойств, как в плане, так и в разрезе. В связи с этим, при обработке результатов лабораторных исследований грунтов, основной упор сделан на графическое отображение показателей, которые отражают скачкообразную закономерную инженерно-геологическую изменчивость пород. Анализ полученных графиков показывает, что в пределах исследуемой территории можно выделить два участка – участок I – борта и водораздельная часть балки, участок II – тальвег (днище) балки.

Так, в разрезе I участка выделяются грунты зоны аэрации и водовмещающие грунты. Для первых характерна низкая влажность ( W=21-22%) и плотность (ρ_d=1,55-1,60 тс/м), высокая пористость (е=0,7-0,75). Прочностные свойства грунта невысокие, причем наименьшие значений φ=4-6° и С=0,015 МПа зафиксированы в кровле отложений – наиболее выветрелой зоне глин. Это в свою очередь способствует хорошей водопроводимости грунтов (К_ф=0,08-3,6 м/сут). Здесь же максимально проявляются набухающие свойства глин (ε_sw=0,05-0,1 при W_sw=28-31% ). С глубиной, особенно в зоне влияния грунтовых вод, влажность возрастает (W=23-24%), пористость уменьшается (е=0,65), сопротивляемость грунта срезу набухающие свойства. Водопроницаемость уменьшается и на глубине 6,0 м практически не фильтруют.

Грунты, залегающие по днищу балки (участок II) находятся в условиях длительного водонасыщения и разуплотнения, поэтому глины характеризуются повышенной влажностью (W=26-28%), низкой плотностью (ρ_d=1,5-1,55тс/м³) и высокой пористой (е=0,75-0,8). Набухающие свойства отсутствуют. Прочность грунта значительно выше (φ=8-10°, С=0,025-0,030 МПа), причем она возрастает с глубиной. Глины здесь фильтруют только до глубины 3,0 м, при этом максимальные значения К_ф=0,015-0,078 м/сут зафиксированы в интервале 0-1,5 м.

Глины хорошо уплотняются до ρ_d =1,75-1,83 при влажности значительно меньше природной W=13-16,6%.

При этом существенно вырастают прочностные свойства грунта φ=16°, С=0,033 МПа. Уплотненные глины слабопроницаемы (Кф=0,0086 м/сут). Следует заметить, что при изучении фильтрационной способности образцов грунта с заданными W и ρ_d установлено набухание (визуально более 10%) и разуплотнение образцов до ρ_d=1,54тс/м³, вызванное водонасыщение глин. Влажность при этом составляет 31%.

2. Инженерно-геологическая оценка территории и экологическая безопасность при создании полигона ТБО.

Оценка устойчивости геологической среды рассматриваемой территории к техногенному геохимическому загрязнению определяется, в первую очередь, морфологическими характеристиками и показателями устойчивости склонов, степенью трещяноватости и проницаемости грунтов, гидрогелогическими условиями и экологической безопасностью в случае возникновения аварийных ситуаций.

Отводимый участок под полигон ТБО представляет собой отвершки I, II, и III порядков правого отрога балки Бурундук с глубиной врезки в усьшьевой части до 15-18 м. Геологический разрез представлен делювиально-элювиальными глинами. Днище балки выстлано лугово-болотными почвами, борта покрыты предкавказскими черноземами. Склоны балки в природном состоянии устойчивы, оползневых явлений не установлено. По тальвегу наблюдается образование промоин глубиной 0,5-1,5 м, по которым концентрируются потоки талых и дождевых (ливневых) вод.

Грунтовые воды развиты повсеместно на глубине 0-5 и более метров. Отвершки балки являются одной из многочисленных естественных дрен в данном районе. Зеркало водоносного горизонта совпадает с уклоном поверхности земли.

Подземный поток приурочен преимущественно к трещиноватым зонам и прослоям, что создает фильтрационнyю неоднородность основания полигона как в плане, так и разрезе. Относительный водоупор залегает на глубине в среднем 3,0 м (по тальвеху балки 6,0 м. (на равнинной части).

Глины хорошо уплотняются до ρ_d=1,75-1,83тс/м³ при влажности W=16°, С=0,0033 МПа при влажности W=13-16% и пригодны для создания водонепроницаемых экрана (К_ф<0,0086 м/с) и возведения плотин (φ=16°, С=0,0033 МПа). 

Размещение полигона в естественной отрицательной форме рельефа в целом благоприятно для складирования твердых бытовых отходов, так как существенно сокращаются работы по возведению плотин и повышается экологическая безопасность проекта. Однако, небольшие размеры исследуемой балки не способны обеспечить прием отходов в запроектированных объемах. Существенно увеличить вместимость полигона в принципе можно за счет разработки центральной части, что в свою очередь обеспечит необходимое количество грунта для устройства противофильтрационного экрана и изолирующих слоев, а также для создания плотин при многокаскадной схеме складирования ТБО.

Следует также заметить, что использование рассматриваемого участка для создания полигона существенно осложняется:

1. Значительным максимальным расходом ливневых и паводковых вод, Q_i%=1,99 м^З/cек, что вызывает необходимость устройства надежного поверхностного водоотвода.

2. Близким залеганием зеркала водоносного горизонта (ме­нее 2,0 м) на большей части территории. Во-первых, процесс заполнения балки отходами приведет к ликвидации естественной дрены подземных вод, что неизбежно вызовет подпор и подъем УГВ на окружающей территории и, как следствие, – нарушение устойчивости склонов и подтопление пахотных земель. Во-вторых, проектные отметки днища полигонов в центральной части ниже УГВ на 1-2 м. Следовательно, производство работ возможно только после предварительного устройства дренажей перехватывающего типа и расчета устойчивости откосов.

3. Фильтрационной неоднородностью основания полигона (преимущественно К_Ф=0-0,078 м/сут), что требует устройства защитного противофильтрационного экрана. При этом следует учесть, что природная влажность глин (W=21-23%) значительно выше оптимальной (W_опт=13-16%), а это дополнительные затраты на подготовку (подсушивание) грунта и надлежащий контроль при производстве работ.

4. Специфичностью грунтов слагающих разрез площадки, элювиально-делювиальные глины при их вскрытии дополнительно выветриваются, теряют прочность. При водонасыщении они набухают и разрушаются, в том числе и грунты, предварительно уп­лотненные при оптимальных показателях. Проектом следует предусмотреть их защиту (не допускать перерывов в производстве работ, докрывать поверхность глин почвенно-растительным слоем и т.д.).

5. Необходимостью применения дополнительных защитных мероприятий при устройстве подъездной автомобильной дороги, проектируемой в полунасыпи – в полувыемке (предохранение грунтов от выветривания, расчет устойчивости откосов, поверхностный водоотвод борьба со снежными заносами и т.д.).

Следует также учитывать направленность природных условий. Так, процесс искусственного осадконакопления (а полигон является зоной аккумуляции техногенного осадка) накладывается на противоположный природный процесс денудации. Это создает нестабильную геодинамическую обстановку в зоне полигона, и как следствие – снижает его экологическую безопасность. Однако предполагается, что предлагаемый вариант размещения участка складирования ТБО по сравнению с другими предварительно рассмотренными площадками принесет окружавшей среде минимальный ущерб.

Таким образом, исследуемая территория будет пригодна для размещения полигона ТБО только при проведении комплекса защитных мероприятий (обеспечения поверхностного водоотвода и устойчивости склонов, устройства дренажных сооружений и создания противофильтрационного экрана, рационально выбранной схемы организации технологии производства земляных работ и складирования ТБО и т.д.).