карта сайта
Контакты Главная рассылка новостей контакты Библиотека Рассылка новостей

  
Главная Специалисту Публикации и статьи Состав,строение и свойства элювиальных грунтов г. Нижнекамска
  



Информация

Подписка на гидрогеологические новости


Состав,строение и свойства элювиальных грунтов г. Нижнекамска

Нугманов Ильмир Искандарович
Казанский Государственный Университет им. В.И. Ульянова-Лениина

Основной целью исследований явилось установление закономерностей развития процессов выветривания, как в прошлом, так и в настоящее время, а также оценка их возможной интенсивности при техногенном воздействии. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: комплексное изучение состава, строения и свойств грунтов, а также изучение грунтовой толщи в целом. Для изучения применялись: метод ЭПР спектроскопии, рентгенографический анализ, лабораторные исследования грунтов, камеральная обработка результатов с использованием программного пакета Statistica 6.
Исследования показали, что свойства грунтовой толщи в целом определяются иерархически связанными уровнями неоднородности.
Микронеоднородность обусловлена дефектами структуры кристаллической решетки минералов, минеральным и фазовым составом, структурно-текстурными особенностями, неоднородностью гранулометрического состава. Дефекты структуры вызваны присутствием ионов Fe2+ и Fe3+, молекулярных комплексов и/или конденсированных углеродных кластеров органического вещества и радиационных центров типа E', отвечающих тонкодисперсному кварцу. Сравнительно небольшое содержание ферромагнитных минералов в исходных порошковых образцах, свидетельствует о том, что изменение пород происходило на месте их современного залегания без длительной транспортировки с места аккумуляции

СОСТАВ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЭЛЮAВИАЛЬНЫХ ГРУНТОВ Г. НИЖНЕКАМСКА

Нугманов Ильмир Искандарович
Казанский Государственный Университет им. В.И. Ульянова-Лениина

Город Нижнекамск располагается на левом берегу нижнего течения р. Камы в пределах III и IV надпойменных террас и водораздельной поверхности р. Кама и её правого притока р. Зай. Это третий по величине город на территории Республики Татарстан, с мощной инфраструктурой нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. Динамика развития города обусловлена наращиванием потенциала нефтедобычи и нефтепереработки. В настоящее время на юге г. Нижнекамска осуществляется строительство нового комплекса нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов. Однако серьезной проблемой для дальнейшего развития Нижнекамского промышленного узла являются почти полностью исчерпанные возможности имеющейся инфраструктуры (транспортной, дорожной, энергетической, телекоммуникационной и т.п.) и очевидный дефицит в промышленной зоне Нижнекамска объектов инфраструктурного обеспечения для будущих производств. В связи с этим весной 2006 г. в 9-10 км к юго-востоку от г. Нижнекамска, на водоразделе рек Кама и Зай, трестом «КазТИСИз» были проведены инженерно-геологические изыскания для обоснования строительства товарного парка керосина и расходного парка котельного топлива комплекса нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов для ЗАО «Нижнекамский НПЗ».

Результаты проведённых инженерно-геологических изысканий (до глубины 25 м) показали, что площадка характеризуется сложными инженерно-геологическими условиями. На это указывают неглубокое залегание подземных вод, а также сложное строение геологического разреза: верхняя часть грунтовой толщи представлена элювиально-делювиальными глинисто-суглинистыми грунтами раннего и среднего неоплейстоцена (QI-II), нижняя часть — переслаиванием разуплотнённых и выветрелых аргиллитов и песчаников верхнепермского возраста (P2t и P2kz2). Поскольку наличие элювиальных грунтов в геологическом разрезе значительно усложняет инженерно-геологические условия исследуемой территории, возникла необходимость в их детальном и всестороннем изучении.

Основной целью исследований явилось установление закономерностей развития процессов выветривания, как в прошлом, так и в настоящее время, а также оценка их возможной интенсивности при техногенном воздействии. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: комплексное изучение состава, строения и свойств грунтов, а также изучение грунтовой толщи в целом. Для изучения применялись: метод ЭПР спектроскопии, рентгенографический анализ, лабораторные исследования грунтов, камеральная обработка результатов с использованием программного пакета Statistica 6.
Исследования показали, что свойства грунтовой толщи в целом определяются иерархически связанными уровнями неоднородности.
Микронеоднородность обусловлена дефектами структуры кристаллической решетки минералов, минеральным и фазовым составом, структурно-текстурными особенностями, неоднородностью гранулометрического состава. Дефекты структуры вызваны присутствием ионов Fe2+ и Fe3+, молекулярных комплексов и/или конденсированных углеродных кластеров органического вещества и радиационных центров типа E', отвечающих тонкодисперсному кварцу. Сравнительно небольшое содержание ферромагнитных минералов в исходных порошковых образцах, свидетельствует о том, что изменение пород происходило на месте их современного залегания без длительной транспортировки с места аккумуляции /1/. Помимо этого на проявление процессов гипергенеза указывает отсутствие или слабая выраженность на рентгенодифрактограммах исходных глинистых минералов (мусковит, хлорит), которые при гидролизе алюмосиликатов в процессе выветривания проходят ряд преобразований и в настоящее время представлены минералами ряда вермикулита и монтмориллонита. В качестве непременной составляющей микрокомпонентного состава глинистой фракции выступает тонкодисперсный кварц размерности 0,004-0,0001 мм фиксируемый на всех дифрактограммах. Единичными являются проявления кальцита. Подобный комплекс минералов свидетельствует о высокой адсорбционной способности и гидрофильности грунтов.
Структура глинистых грунтов алевропелитовая, псамопелитовая, песчаных грунтов алевропсаммитовая мелко- и тонкозернистая /2/. Текстура грунтов неоднородная, пятнистая, полосчатая, плитчатая, с характерными участками мобилизации Fe3+ в виде гидрогетита и гетита, примазками и журавчиками извести, включением гнезд алевролита, песчаника, прослоями глины и песка, дресвы и мелкого щебня от 5до 35%; отмечаются дендриты марганца. Грунты пестроцветные от темно-серго с переходом к коричневому, красно-бурому, до сиренево-желтого. По гранулометрическому составу грунты неоднороды как в пределах одного инженерно-геологического элемента, так и в грунтовой толще в целом.

Мезонеоднородность грунтовой толщи проявлена в выделении ряда инженерно-геологических элементов с резко отличными физико-механическими  характеристиками. Применив модуль кластерного анализа из программного пакета Statistica 6, были установлены три основных кластера. Первый кластер включает грунты четвертичного возраста,  второй элювиальные глины верхнепермского возраста, и третий кластер составляютя верхнепермские аргиллитоподобные глины практически не затронутые процессами гипергенеза. Для установления геологического процесса, который бы определял подобное разделение на кластеры, был использован факторный анализ в модификации метода главных компонент. Его результаты показали, что влияние процессов гипергенеза затухает с глубиной, таким образом, что зона захвата составляет 20-22.5 м. Глубже геологические условия определяются условиями диагенеза исходной породы.

Гидрогеологические условия грунтовой толщи определяются распространением слабоводоносного горизонта верхнепермских песчаников и относительно водоупорно комплекса верхнепермских глин. Комплекс периодически водоносных грунтов четвертичного возраста характеризуется развитием вод порового типа. По химическому составу воды гидрокарбонатно-кальциевые с нейтральной щелочной средой. С целью установления влияния грунтов на состав подземных вод были сделаны водные вытяжки. Сравнение результатов водных вытяжек с анализами химического состава подземных вод позволяет отметить их сходство. Отличия заключаются в некотором расхождении в содержании отдельных катионов и анионов, при ведущем положении Ca2+  и HCO3-. Для гидрогеохимической интерпретации результатов химического анализа была построена матрица парных корреляций и анализ факторов. В результате был получен вывод о том, что на формирование состава подземных вод помимо состава грунтов и состава атмосферных осадков, влияет техногенная составляющая, а именно расположение вблизи от проектируемых сооружений очистных сооружений ТЭЦ и нефтеперерабатывающего завода. Вклад техногенной составляющей определяется наличием нитратов и нитритов совместно с аммонием. Вклад природной составляющей отражается в увеличении магнезиальности с глубиной и снижением кислотно-щелочного потенциала. Присутствие SiO2 в количестве 1-4,5 мг/дм3 в водных вытяжках является косвенным показателем элювиального генезиса грунтов, т.к. его источником в подземных водах является аморфные продукты выветривания горных пород, обязующиеся в процессе гидролиза алюмосиликатов.

Неоднородность элювиальных грунтов в региональном отношении определяется палеогеографическими условиями и вещественным составом исходных пород. На территории Татарстана основными породами подверженными процессам гипергенеза являются породы верхнепермского возраста. С запада на восток прослеживается латеральное изменение состава пород от карбонатного, карбонатно-терригенного до преимущественно терригенного /4/. Таким образом, развитие элювия в западной части обусловлено разрушением карбонатов до состояния карбонатно-глинистой муки, а в восточной – преобразованием глинистых минералов. Анализ палеогеографических условий в районе г. Нижнекамска позволяет сделать вывод, что элювиальные грунты начали формироваться на в позднем эоплестоцене и на границе эоплейстоцена и неоплейстоцена в условиях перегляциального климата в связи с развитием долины р. Камы /3/. Формирование коры выветривания продолжатся на протяжении всего четвертичного периода. Оно проявляется в изменении минерального состава слюдистых минералов, появлении фемических минералов, разуплотнении грунтов вверх по разрезу и как следствие в снижении прочности.

После возведения проектируемых сооружений инженерно-геологические условия необратимо изменятся по следующим характеристикам: повышение температурно-влажностного режима грунтовой толщи, изменение химического состава грунтовых вод в сторону обогащения углеводородами и нитратами, нарушение естественного электромагнитного поля, появление блуждающих токов, увеличение напряженного состояния грунтовой толщи. Все это может лишь усилить процесс выветривания и сократить срок эксплуатации сооружений, и как следствие, увеличить затраты на их  ремонт.

Из рекомендуемых мероприятий мы предлагаем следующие:
•    провести ряд дополнительных исследований по изучению реологических свойств глинистых грунтов;
•    регулирование поверхностного стока и организация дренажа территории;
•    необходимость организации "точечного" мониторинга на промышленных объектах;
•    не допускать утечек из водонесущих коммуникаций  и других технологических сооружений;
•    определение давления набухания;
•    применение монолитной плиты с проходкой котлованным способом может привести  к разгрузке напряженного состояния грунтовой толщи;
•    в качестве способа возведения подземных резервуаров применять метод опускного колодца.

По результам инженерно-геологических изысканий рекомендуемый тип фундамента – свайный.
Погружение свай осуществлять в плотные аргиллитоподобные глины ИГЭ №7 (III кластер), кровля которых залегает на абсолютной отметки 172-175 м.


Возможно применение двух типов свай:
1.Забивные составные сечением 40×40 с поперечным армированием ствола;
2.Буронабивные сваи диаметром 600-800 мм с уплотнением околосвайного пространства методом разрядно-импульсной технологии.
Для повышения несущей способности забивных свай в верхней части разреза возможно уплотнение и армирование слабых грунтов методом «геокомпозит» .
Для закрепления грунтов в верхней части разреза (I кластер) следует применять методы газовой силикатизации либо одноростворную силикатизацию жидким стеклом Na2SiO4 с добавлении ортофосфорной кислоты Н3PO4 или хлористого кальция CaCl2. С целью водопонижения рекомендуется применять эжекторные вакуумные иглофильтры с заглублением в  водоносные уржумские песчаники (II кластер).



1. Крутиков В. Ф. Использование электронного парамагнитного резонанса при изучении нерудных полезных ископаемых // Разведка и охрана недр. 2000. № 9. С. 5-29.
2. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная петрология – Л.: Недра, 1984. – 511с.
3. Рябков Н.В. Геоморфология и четвертичные отложения долин Нижней Камы и Белой // Мат. Всес. совещ.  по изучению четверт. периода. Т. II. – М., Изд-во АН СССР, 1961. –С. 211-216.
4. Сунгатуллин Р.Х. Интегральная геология – Казань: ООО «Образцовая типография», 2006. – 142 с., ил. 54, табл. 14

Скачать презентацию к статье (8,5 Мв)




Поиск главная контакты карта сайта