УДК 625.745:553:551.34
ДИНАМИКА ЭКЗОГЕННЫХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ НА АВТОДОРОГЕ ЮЖНО-РУССКОЕ -БЕРЕГОВОЕ
А. А. Губарьков, научный сотрудник, Тюменский государственный нефтегазовый университет, agubarkov@rambler.ru,
М. В. Андреева, младший научный сотрудник, Е. В. Еланцев, младший научный сотрудник, А. В. Хомутов, старший научный сотрудник, Институт криосферы Земли СО РАН, г. Тюмень
Строительство и эксплуатация автодороги, проложенной на многолетнемерзлых грунтах, сопровождались активизацией экзогенных геологических процессов. Для их устранения потребовался комплекс мероприятий. Противоэрозионные конструкции установлены на участках возникновения промоин и оврагов в результате эрозии. Дополнительными водопропусками оборудованы большие участки подтопления. Широкое применение получили биологическая рекультивация и инженерные сооружения с использованием объемной георешетки.
Construction and operation of the highway on the permafrost soils were accompanied by the activation of exogenous geological processes. For the research into the processes, the monitoring was carried out in 2004—2011. It was found that the most active processes during the period of the construction and at the initial phase of its operation were erosion, thermo-erosion and flooding.
The length of ravines was up to 100—300 m. Flooding was widely spread and its length was up to 300 m. The solifluction and thermokarst rarely took place. Thermo-denudation was detected on two sites of the highway Eliminating adverse processes required a complex of measures. Erosion control structures are installed on the sites, affected by the erosion, where gullies and ravines occurred. They also effectively prevent the solifluction. To eliminate flooding, additional culverts, along with the previously installed, were necessary Biological recultivation and engineering structures using geo-grid have widely been applied.
Ключевые слова: экзогенные геологические процессы, автомобильная дорога, многолетнемерз-лые породы, противоэрозионные мероприятия, мониторинг.
Keywords: exogenous geological processes, highway, permafrost, anti-erosion measures, monitoring.
Введение. Строительство автомобильных дорог на многолетнемерзлых грунтах (ММГ) предусматривает учет геокриологических условий и относится к наиболее сложным категориям деятельности [1, 2]. В связи с неблагоприятным воздействием экзогенных геологических процессов (ЭГП) возникают более сложные условия не только при строительстве, но и во время эксплуатации дорог. Широкое развитие неблагоприятных и опасных ЭГП [3, 4] предусматривает регулярное проведение мониторинга [5], по результатам которого рассматриваются основные или дополнительные мероприятия, разрабатываются проекты и устанавливаются специальные конструкции, предотвращающие или устраняющие ЭГП. Так в зависимости от типа водного объекта предусматриваются различные виды конструкций, предотвращающие их неблагоприятное воздействие.
Объекты и методы исследования. Основные сведения о геокриологических условиях и распространении ЭГП района исследований, включая криогенные процессы, приводятся в ряде работ [6, 7 и др.]. Автодорога Южно-Русское — Береговое расположена в Пур-Тазовской геокриологической области в зоне сплошного распространения ММГ, температура которых составляет -4...-2 °С [6]. По степени увлажнения, которое во многом определяет типы ЭГП, вся территория исследований делится на западную и восточную части. Восточная часть обследованной территории автодороги более увлажнена, заболочена, подвержена затоплению в весеннее время и подтоплению в межень летом и осенью. Также в восточной части расположено большое количество озер термокарстового происхождения. Западный участок в большей степени расчленен овражно-балоч-ной сетью, малыми и средними реками. В результате, в меньшей степени, чем восточный участок, подвержен заболачиванию.
Для смежных с исследуемой территорией геокриологических областей имеются практические и теоретические разработки, свидетельствующие о влиянии ЭГП на геотехнические системы и прилегающие к ним природные комплексы при техногенных нарушениях. Установлено, что основными ЭГП при освоении на равнинных, слабодрени-рованных территориях являются термокарст и пучение, то есть криогенные процессы, а также заболачивание [8]. На пересеченной местности, со значительными уклонами
и длиной склонов, с залегающими с поверхности песчаными и супесчаными грунтами, активно развивается эрозия и термоэрозия [9].
Наземные наблюдения, проведенные в 2004—2011 гг., и материалы дистанционного зондирования Земли показали, что в естественных условиях в районе исследований развиты следующие экзогенные геологические и криогенные процессы: сезонное и многолетнее пучение, термокарст, заболачивание, русловые процессы. Большинство ЭГП имеют весьма небольшую активность. В период проведения мониторинга в 2009—2010 гг. активных процессов с разрывами почвенно-растительного покрова в естественных природных условиях зафиксировано не было. В 2011 г. структурная солифлюкция выявлена только на одном участке местности площадью 500 м 2.
Слабое проявление склоновых и эрозионных процессов в естественных природных условиях Южно-Русского месторождения происходит вследствие широкого распространения лесов, надежно защищающих поверхность грунтов многоярусным, и главное, травяным, моховым, лишайниковыми покровами с развитой подстилкой или торфяным слоем.
Сложные геокриологические условия характеризуются на уровне широтной зональности сплошным распространением ММГ. На региональном уровне ММГ прерываются сквозными и несквозными таликами по площади и обладают двухслойным строением в разрезе. На локальном уровне в зависимости от поверхностных условий возможна как деградация ММГ, так и их аградация.
В период 2004—2011 гг. проведены исследования ЭГП на автодороге Южно-Русское — Береговое и прилегающей к ней территории, которые включали полевые и камеральные этапы работ. Проведены наблюдения по маршрутам, описание точек наблюдения и измерения морфометрических характеристик ЭГП на природных и природно-техногенных объектах. Обследовано 68 км автодороги от ЮжноРусского месторождения до Берегового месторождения.
Результаты исследования. При проведении наблюдений на участке 0,0 км — 68 км автодороги выявлено 109 участков ЭГП в 2009 г. (таблица). В 2010 г. их активность возросла более, чем в 2,5 раза (283 проявлений). В 2011 г. количество участков с проявлением ЭГП уменьшилось по сравнению с 2010 г. (185 проявлений), но существенно превышало их количество по сравнению с 2009 г. В 2009 г. на 16 участках ЭГП находились в парагенезе, образуя
комплексы из ведущего процесса и одного или нескольких сопутствующих процессов, в 2010—2011 гг. таких участков было 17.
Для устранения и предотвращения ЭГП на автодороге в 2009 г. был проведен комплекс мероприятий. Устранению подлежали эрозия, подтопление и затопление, просадки грунтов. Укрепление откосов и прилегающих склонов проводилось с применением биологической рекультивации с посевом трав на торфе. На наиболее эрозионно-опасных участках был использован метод армирования грунтов объемными георешетками [10]. На всех участках с проявлением эрозии и термоэрозии построены специальные противоэрозионные конструкции.
Всего образований за 2004—2009 гг., связанных с проявлением солифлюкции и оползанием грунтов в полосе техногенного воздействия при строительстве автодороги, отмечено 18. После проведения работ в 2009 г. активная со-лифлюкция отмечена на 1 участке в виде небольшого образования в нижней части склона.
В 2004—2007 гг. было выявлено 38 участков подтопления до нескольких сотен метров вдоль автодороги. В 2009 г. на 32 из них установлены водопропуски в виде труб большого диаметра под полотном автодороги. Еще на 6 участках дренаж проведен вдоль автодороги в укрепленных георешеткой и щебнем канавах. В результате произошел спуск подпорных
Количество зафиксированных ЭГП, явлений и образований на участке км 0,0 — км 68 автодороги Южно-Русское—Береговое
№ Форма проявления процесса, проведение работ 2004— 2008 гг. 2009 г. 2010 г. 2011 г.
1 Эрозия, термоэрозия (промоины) 76 0 33 12
2 Плоскостной и мелкоручейковый смыв и размыв 0 3 0
3 Русловые процессы на реках — 5 5 1
4 Аккумуляция — 78 43 40
5 Подтопление 44 6 141 99
6 Заболачивание — 0 17 13
7 Солифлюкция и оползание грунтов 18 1 23 15
8 Деградация — — 20 5
торфяников
9 Термоденудация 2 2 2 0
10 Пучение и просадки грунтов (деформации плит) 2 1 0
11 Проведение работ Вдоль всей автодороги 122 1
« 25 | 2о
я
о 15
а
к
о 10
я
о Ц
£
5
1 и 0. л
0-10 10-20 20-30 30-40
-60 60-70
Участок, км ,. 2009 г. .2010 г. ,2011 г.
Рис. 1. Распределение эрозии, термоэрозии и аккумулятивных конусов выноса на автодороге Южно-Русское—Береговое
вод и осушение территории. Неравномерное пучение и осадка грунтов тела насыпи автодороги устранены одновременными мероприятиями по водоотведению, планировке поверхности земляного полотна и замене плит.
Эрозия и термоэрозия. Анализ полученных результатов мониторинга показывает, что подавляющее большинство ЭГП до 2009 г. было представлено эрозией (см. таблицу). Об этом же свидетельствуют результаты мониторинга предшествующих лет (2004—2008 гг.). На период проведения работ в августе 2009 г. все участки с проявлением линейной эрозии были устранены. На широкое развитие эрозии и термоэрозии до проведения ремонтных работ на автодороге указывают повсеместно распространенные конусы выноса в уступах склонов и долин рек, которые пересекает автодорога. Их площади составляют сотни и тысячи квадратных метров. Выше по склонам от конусов выноса расположены противоэрозионные конструкции, в большинстве случаев имеющие длину несколько сотен метров. Распределение эрозии и, соответственно, противоэрозионных конструкций имеет тенденцию к увеличению от 0,0 к 68 км (рис. 1).
Солифлюкция. Вторая группа процессов связана с проявлением солифлюкции и оползанием грунтов на склонах при планировке местности в период строительства дороги. При подмыве склонов концентрированными
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.