Исаакий и геология

Сегодня искал одну научную статью по Новой Земле и совершенно случайно попалась на глаза статья об инженерно-геологических исследованиях Исаакиевсого собора. Статья написана группой под руководством Регины Эдуардовны Дашко, одним из самых авторитетных специалистов в области инженерной геологии и геологии Петербурга (которая, кстати, весьма критически относилась к идее Охта-центра) и опубликована в “Записках Горного института” (том 195, 2012).

Последнее время в связи с жаркими спорам вокруг Исаакиевского собора я неоднократно встречал мнение, что с передачей собора “исчезнет только текущая бухгалтерия собора с текущим соотношением прихода от туристов и расхода на зарплаты музейщиков и околомузейных товарищей”, а чтобы обеспечивать текущие ремонтно-реставрационные работы вполне хватит платного входа на колоннаду.

Основные тезисы статьи:

1. Исаакиевский собор – объект уникальный в инженерном отношении;
2. Построен на слабых грунтах (а не на жестком скальном основании);
3. Ниже уровня грунтовых вод происходят физико-химические и микробиологические процессы, вызывающие пластические деформации основания;
4. Требуется непрерывный мониторинг и изучение современными методами.

Собор построен в борту погребенной долины. Коренные глины находятся на глубине 45 м, выше четвертичные песчано-глинистые отложения с прослоями торфа. Это слабые грунты, собор по существу “плавает” на 24000 сосновых сваях. Это самое тяжелое сооружение в Петербурге (320 тыс. т), почти треть веса приходится на фундамент.

Время и агрессивная микробиологическая среда грунтовых вод действуют как на грунты, так и на сваи. “Сравнительная оценка результатов исследований сопротивления сдвигу озерно-ледниковых и моренных отложений 1953-1954 гг. с данными 2009 г. показала снижение их прочности на 30 % и более за счет роста микробной массы”. Весьма вероятно влияние этих процессов на пластические деформации фундамента, которые грозят трещинами в верхней части здания. Дополнительные сложности возникают от неровной кровли коренных глин (перепад 20-25 м) и неоднородности условий преобразования грунтов.

“Геология крупных городов”, 2-й день

Продолжаю записки о тех докладах, на которых смог побывать – они все показались мне очень содержательными, хотя, может быть, и пропущенные мной были такие же интересные. Полностью я прослушал только одну сессию  - о сейсмическом риске.

Неотектонический риск в Санкт-Петербурге. Дверницкий Борис Георгиевич, ФГУП «Севзапгеология», (Санкт-Петербург). Многолетними наблюдениями (нивелирование) установлены малоамплитудные волнообразные движения (5-15 мм) разного знака. Наблюдается определенная периодичность (11-летний цикл?). Существует корреляция этих колебаний с потоком радона. Для  всего города были построены карты надежности геологической среды, активных разломов и блоков, вертикальных движений (Васильевский остров, например опускается, другие участки поднимаются).

На сегодня проекты по геологическому мониторингу свернуты. По мнению докладчика город не готов к высотному строительству – нет детальных карт и специальных геодинамических исследований. Это было показано на примере района устья Охты. Планируемый небоскреб  точно на пересечении нескольких разломов, ограничивающих блоки с разным направлением движения. Ко всему прочему, со слов Дверницкого руководители ОЦ не только не заинтересованы в детальных работах, но и препятствовали им.

Сейсмический облик геологических рисков. Исанина Эльвира Вениаминовна, РГЭЦ – филиал ФГУГП «Урангео» (Санкт-Петербург). Интересный доклад о “кухне” сейсмологов и оценке сейсмической опасности. Поскольку используется формула:

риск = вероятность события x потенциальный ущерб

то даже при малых вероятностях это произведение может быть значимым, так как ущерб в СПб может быть огромным. Рассмотрены разнообразные параметры - Vp/Vs, спектр колебаний, разнообразные влияние грунтов (в частности, в слоистой среде даже один слабый слой может значительно усиливать колебания, в том числе и низкочастотные особенно опасные для зданий), эффект разжижения (высокочастотные колебания вызывают низкочастотные), взаимодействие разных источников и резонанс. Геологическая среда отнюдь не пассивный проводник сейсмических волн – в ней есть области поглощения и излучения. В частности, регистрация обменных волн свидетельствует об активной зоне рядом с ЛАЭС (максимальные величины обменных волн в областях повышенной концентрации  напряжений и нежестких контактов).

Картирование центральной части города показало что район устья Охты на глубине близок по своим свойствам к квазижидкой среде – пониженная прочность пород, высокая трещиноватость и водонасыщенность. Также Исанина привела пример башни Тайбей – до строительства небоскреба регион был асейсмичным, за последние годы вблизи произошло уже  два землетрясения.

Выводы: необходимы микросейморайонирование города с регистрацией всех компонент различных видов волн, оценка рисков и геодинамический мониторинг. Запомнилась последняя фраза: “Каждый специалист устанавливает свой масштаб опасностей, и этот масштаб должен зависеть от меры ответственности, которую он принимает на себя. Желательно, чтобы мера опасности у специалистов при решениях о геодинамическом риске была высокой, а сейсмоопасность территории была низкой”.

Дизъюнктивная тектоника территории Санкт-Петербурга и комплексный анализ рисков аварийности на трубопроводах и других коммуникациях города. Шабаров Аркадий Николаевич, Мельников Евгений Константинович, Цирель Сергей Вадимович, ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)». Количество разломов на карте, которую показал Цирель, поражает. Впрочем, это не классические геологические разломы (с подвижками, зеркалами скольжения и т.д.), а скорее особые проницаемые зоны и плоскости, разделяющие блоки разного строения, которые были выделены по геофизическим данным. Но в их активности убеждают другие факты – количество аварий подземных коммуникаций (теплотрассы, водоснабжение, газораспределительные сети) вблизи пересечений разломов на порядок выше, чем  вне их. Предполагается, что основным фактором, влияющим на инженерные сооружения, является коррозийное действие минерализованных трещинных вод. Техногенные загрязнения (соль и т.д.) могут усиливать эти эффекты. 

Сейсмический риск на территории Петербурга и Ленинградской области. Цирель Сергей Вадимович, ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)». Почти все инструментальные данные о сейсмичности Северо-Запада России основаны главным образом на сейсмической сети Финляндии – у нас только одна сейсмостанция в Пулково, у финнов – более шестидесяти. Слабых землетрясений не так и мало, но есть основания предполагать, что часть из них связана с индуцированной сейсмичностью от промышленных взрывов на Карельском перешейке. Остальные землетрясения могут иметь разное происхождение:  “обычная” сейсмичность тектонической природы и/или сейсмичность, связанная с гляцио-изостатическим поднятием. Есть данные об исторических землетрясениях с магнитудой 6-7. Проявлением неотектонической активности также являются такие специфические явления как подземный гул и бурление воды в Ладожском озере.

Карта геологических рисков Санкт-Петербурга. Ярва Яаана, Кляйн Йоханннес, Геологическая служба Финляндии. Такой подход впервые использовался для территории СПб. Основой оценки рисков служила двумерная матрица “факторы геологического риска” (7 групп) – “типы землепользования” (32 типа).

Степень потенциального риска оценивалась отдельно для каждой комбинации “тип-фактор” и выражалась в номинальной шкале от одного до четырех. В результате создана интегрированная карта рисков для всей территория СПб.

Зонирование зоны охраны объектов культурного наследия Санкт-Петербурга по уровню риска просадок зданий и сооружений (по данным космической радиолокационной интерферометрии). Горный Виктор Иванович, Крицук Сергей Георгиевич, Латыпов Искандер Шамильевич, Тронин Андрей Аркадьевич, Учреждение Российской академии наук Санкт-Петербургский научно-исследовательский центр экологической безопасности РАН, Коносавский Павел Константинович, Санкт-Петербургский государственный университет. ИМХО, один из самых интересных докладов. Для оценки деформаций использовались новейшие технологии космическая радиолокационная дифференциальная интерферометрия (КРДИ) и КРИ по постоянным отражателям (КРИ ПО). Точность измерений составляет примерно несколько мм по высоте. Например, по деформациям можно легко прослеживать тоннели метро.

Картина деформаций в центре города довольно пестрая –есть колебания разных знаков и амплитуд.

Сравнение результатов спутниковых и наземных съемок показало полное отсутствие корреляции. Объяснение этого – значительные амплитуды сезонных колебаний.

Наиболее опасны для зданий – разнонаправленные вертикальные движения соседних участков.

К сожалению, такие случаи не редкость. Колеблется с запада на восток Исаакиевский собор, были и другие убедительные примеры деформаций в недавно отреставрированных домах. Уже сегодня с помощью спутниковых методов возможно изучать деформацию даже отдельных частей зданий. Выводы: необходимо дальнейшее исследование причин и механизмов деформации, комплексирование спутниковых наблюдений с  3D-моделями городской среды.

Под конец было торжественное представление Геологического Атласа Санкт-Петербурга. Экземпляр Атласа был передан авторам, “почетным гостям” и каждой организации, участвующей в конференции. Атлас – это итоги трехлетней работы большого коллектива геологов, 60 листов формата A3, есть также на CD в виде pdf (на английском).

“Геология крупных городов”, 1-й день

Прослушал сегодня на конференции «Геология крупных городов» шесть докладов, ниже заметки, чтобы мои корявые записки на листочках не пропали даром. Никогда  не интересовался инженерной геологией и экологией, но из-за газоскреба чему-только не приходится учиться :)

Первый доклад - Использование геологической информации в управлении городской средой для предотвращения экологических рисков. Международный проект «ГеоИнфорМ». Франк-Каменецкий Дмитрий Александрович, Комитет по природопользованию охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности, Санкт-Петербург). Очень хороший обзор результатов работ по программе LIFE, GeoInform (ЕС). Основное – создан территориальный фонд геологической информации, проведено моделирование миграции и фильтации подземных вод, карты геологических рисков и геологический атлас СПб (презентация будет завтра).  Красивые картинки (правда, довольно мелкомасштабные) – все основные геологические комплексы по возрастам, погребенные палеодолины, зоны тектонических нарушений. Новые для меня проблемы:

• большие участки с повышенной радоновой опасностью на юге СПб (8500 га);
• зоны с высоким содержанием биогаза (854 га);
• территории, подтопленные подземными водами;
• береговая эрозия (угроза для 1870 зданий).
• абразия берегов залива.

Продолжение было в следующем докладе - Фонд геологической информации Санкт-Петербурга. Серебрицкий Иван Александрович, Сергеева Галина Ивановна, Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности, Богатырев Игорь Валентинович, ГГУП «Специализированная фирма «Минерал» (Санкт-Петербург). В презентации все было замечательно, только вот на сайте пока никаких онлайн-карт нет, хотя в докладе было обещано :( Нет, появились здесь! Есть следующие слои:

1. Скважины и разрезы;
2. Карта погребенной гидросети и зон экологически опасного образования природного газа;
3. Карта кристаллического фундамента;
4. Карта дочетвертичных отложений с палеорельефом;
5. Схема тектонического районирования кристалического фундамента;
6. Карта комплексного геологического риска.

Молодцы!

От цифровых данных по скважинам к трехмерному моделированию: растущие потребности Гамбурга в цифровых данных в области наук о Земле. Таугс Ренате, Министерство городского развития и окружающей среды г. Гамбурга, Геологическая служба, Гамбург (Германия). Грамотно построенный доклад, но ничего нового не узнал.

Трехмерное инженерно-геологическое картирование подземного пространства – инструмент снижения уровня геологических рисков при организации управления городской средой. Ломакин Евгений Алексеевич, ООО НПФ «Водные ресурсы», Коносавский Павел Константинович, СПб отделение Института геоэкологии РАН, Нагорный С.Я. ОАО НИПИИ «Ленметрогипротранс» (Санкт-Петербург), Лехов А.В. МГУ, (Москва). А вот этот доклад меня потряс количество выполненных работ. Оказывается, для территории СПб имеется 680 тысяч скважин, из них более половины (350 тыс.) довольно глубоких, вскрывших кристаллический фундамент! На сегодня обработано только 5-7% информации. Понятно, что для инвесторов и строителей нужны не описания пород, а физико-механические свойства, но я не вижу особых проблем, чтобы организовать интерактивный перевод одних характеристик в другие.

Особенности геологического строения и развития геологической среды Санкт-Петербурга в переходной зоне от суши к акватории. Спиридонов Михаил Александрович, Рябчук Дарья Владимировна, Жамойда Владимир Александрович, Нестерова Елена Николаевна, ФГУП «ВСЕГЕИ». Хороший доклад. Размыв берегов залива усиливается, и последние изменения – потепление, дамба, бездумное строительство – это только ускоряет. Местами за сто лет берег отступил почти на 100 м, в Комарово пляж спасли в 1987 г. подсыпкой песка, пора снова принимать какие-то меры.

Использование материалов государственного мониторинга геологической среды для предотвращения рисков в акваториях Большого Санкт-Петербурга. Корнеев Олег Юрьевич, Рыбалко Александр Евменьевич, Федорова Наталия Константиновна, ФГУНПП «Севморгео» (Санкт-Петербург). Я застал только окончание этого доклада, но поразился насколько велико загрязнение Невской губы нефтепродуктами. Настолько, что воды из залива даже начали загрязнять подземные воды.

Инженерно-геологический и геоэкологический мониторинг архитектурно-исторических памятников Санкт-Петербурга как источник информации для подготовки проектов их реставрации и реконструкции. Дашко Регина Эдуардовна, Шидловская Анна Валерьевна, ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный горный институт имени Г.В. Плеханова (технический университет)». Очень хорошая и нужная работа, замечательное изложение материала. Общие проблемы подземного пространства рассмотрены на примере трех соборов – Петропавловского, Казанского, Исаакиевского (глубины до коренных глин соответственно 25, 30-40 и >45 м):

• деформации и неравномерная осадка зданий;
• снижение прочности пород из-за химических особенностей подземных вод и загрязнения органикой, проницаемость также меняется;
• микробиопоражение (десятки видов грибков);
• газонасыщение.

В целом, во многих докладах отмечалось, что сегодня геологическая информация очень мало востребована. О ней часто забывают и  строители, и чиновники, и реставраторы, да и сами жители. Отсюда и отсутствие комплексных программ, и одни и те ошибки: в генплане геологии вообще нет, строителям проще пробурить новые скважины, чем обратиться к геологам, строят школы и детские сады в областях с опасным содержанием радона, высотки в палеодолинах с “гнилой” четвертичкой…

Это странно, так как вроде бы людей должны волновать проблемы той среды, где они живут. Но нет – о конференции я пока ни нашел ни слова на новостных сайтах, не было видно ни телевидения, ни прессы…

Завтра с утра будут доклады по оценке сейсмического риска СПб.

Геодинамика Москвы

В Москве, похоже, уже достаточно серьезно относятся к изучению современных геологических процессов. Проводится систематическое изучение всей территории города и результаты публикуются. Например, вот статья Лобазова, Майорова, Ямбаева  “Геодинамический мониторинг памятников архитектуры Московского Кремля”, опубликована в журнале «Известия ВУЗов. Геодезия и аэрофотосъёмка», № 3, 2009 (есть в интернете, ссылка). Оказывается, что в центральной части число деформированных зданий достигает 40 на один кв.км.

Аккуратно изучены также основные памятники Кремля:

Основу фундаментов памятников составляют дубовые сваи длиной 1,2-1,8 м, забитые в землю. Памятники, простоявшие несколько столетий, и продолжали бы стоять дальше, но в середине XX в. произошло изменение гидрологического режима территории Московского Кремля. Из-за этого процесс гниения свай ускорился, стал неравномерным, что и привело к активизации деформационных процессов зданий и сооружений.

Также опубликована работа Уломова, Севостьянова, Минделя и Трифонова “Оценка сейсмической опасности для высотных зданий в г. Москве” (В книге: Щукина, М.Н. (гл. ред.). 2007. Современное высотное строительство. М.: ГУП "ИТЦ Москомархитектуры"). Эти результаты также есть в интернете.

Для Питера подобных систематических работ не знаю. Хотя попадались сведения по отдельным памятникам и такие сообщения:

В настоящее время в Санкт-Петербурге состояние примерно 80% памятников архитектуры характеризуется как неудовлетворительное, около 70% от их общего числа требуют принятия срочных мер по спасению от повреждения и разрушения. Среди них такие сооружения, как Исаакиевский и Казанский соборы, здания Нового Эрмитажа, Адмиралтейства и др. В большинстве случаев причиной негативного состояния объектов является снижение несущей способности грунтов в основании сооружения, разрушение фундаментов и несущих конструкций в результате проявления коррозионных процессов, связанных, в основном, с ухудшением геоэкологического состояния в подземном пространстве города.

Анонс: 24-25 ноября в СПБ (ВСЕГЕИ, В.О., Средний проспект, 74) пройдет международная конференции «Геология крупных городов».

Ответы на письмо

Прочитал ответы на свои замечания.

Быстро чиновники работают! Только вот быстро – не всегда хорошо…

№	Ответ	Мой комментарий к ответу
1	Данная пояснительная записка была представлена на информационной экспозиции в мае 2009 и данные аргументы не являлись обоснованием запрашиваемых отклонений от предельных параметров разрешенного строительства. На градостроительной экспозиции с 17.08.2009 по 28.08.2009 были представлены иные аргументы, которые обоснованы и подлежали обсуждению на Публичных слушаниях.	Жаль, не знал, что все выставки "Охта-Центра" не стоит рассматривать всерьез. Ну что делать, на этой "градостроительной экспозиции" я не был. Кстати, кто там был - где она происходила и чем отличалась?
2	В представленных материалах ООО «ИТР» указано расстояние от Смольного ансамбля до земельного участка, планируемого к застройке -1,1 км.	ООО «ИТР» шутит?
3	Сейсмичность в г. Санкт-Петербурге и регионе изучается в связи с ЛАЭС и объектами стратегического значения (нефтеналивные и газовые портовые терминалы). Исследования по сейсмомикрорайонированию на данной площадке в настоящий момент заканчиваются. Результат в целом положительный.	Это писал явно не специалист, а бюрократ. При чем здесь ЛАЭС? Где сейсмостанции? Где опубликованы результаты? Что значит “в целом положительный результат” для сейсмического прогноза? О каком "сейсмомикрорайонировании на данной площадке в настоящий момент" может идти речь, если там постоянно бурят и копают?
4	Инженерно-геологические изыскания проводятся с 2006 г. силами ведущих организаций г. Санкт-Петербурге и г. Москвы. Проведены инженерные изыскания путём бурения с отбором образцов из скважин общей протяжённостью более 15 000 м. пог. и глубиной до 150 м. В данном месте до глубины 150 м не обнаружен Гдовский напорный горизонт, но обнаружены слои малотрещиноватого песчаника. Программа механических испытаний проводилась в ведущих лабораториях РФ по стандартам РФ и Великобритании под наблюдением иностранных геотехников в части соблюдения требований стандарта Великобритании. Результаты инженерно-геологических испытаний в виде отчётов в объёме 55 томов находятся в открытом доступе в библиотеке Геослужбы КГА.	15000/150 - получается не менее 100 скважин. На сайте ОЦ упоминаются семь скважин на глубину 75 метров и одна глубокая скважины (170 метров). Все равно, это немного – до скального основания примерно 300 м. На какой глубине здесь Гдовский горизонт? Кстати, выше Гдовского горизонта есть еще четыре  водоносных горизонта, куда они делись? "Для того чтобы подобный небоскреб смог устоять на таких грунтах как там, потребуется очень глубокий свайный фундамент – не менее 60 метров. Грунты очень неустойчивые, обнаружено четыре фонтанирующих скважины" – это цитата геолога Николая Филиппова, я его знаю и верю ему. Придется идти в библиотеку Геослужбы КГА. А с иностранных геотехников какой спрос – получили деньги и уехали…

PS Еще цитаты о геологии из того же источника (в значительной мере повторяются одни и те же предложения, но иногда появляется что-то новое)

Опорный слои здания - верхнекотлинский горизонт (недислоцированная толща) Это уникальный материал, который находится только в области стыка двух платформ (Русской и Скандинавского щита) и классифицируется геотехниками Великобритании как глинистый сланец, т.е. малопрочный известняк (горная порода, а не глина), именно в этом слое располагается метро С-Пб. Верхнекотлинский горизонт не обладает трещиноватостью и тиксотропностью.

Верхнекотлинский горизонт залегает выше Гдовского горизонта, оба они относятся вроде к венду. Развит практически на всей территории Ленинградской области к югу от Карельского перешейка, упоминается и в Южной Карелии. Сложен  песчаниками, песками, алевролитами, глинами. Скандинавского щита вообще не существует – есть Балтийский щит, который является частью Фенно-Скандинавского кратона. Платформа здесь только одна – Восточно-Европейская, зато есть Русская плита. Глина, сланец и известняк – породы совершенно разного происхождения, хотя при желании любые объекты всегда можно классифицировать как одинаковые.

По физико-механическим свойствам верхнекотлинские глины действительно считаются жесткими и малодеформируемыми. Но они, во-первых, не могут быть абсолютно ненарушенными породами – это активная тектоническая зона, только в недавнем геологическом прошлом была снята ледниковая нагрузка, формировалась река. Во-вторых, свойства глин могут сильно варьировать в зависимости от условий. Например, вот что пишет  Р.Э.Дашко [“Геотехническая диагностика коренных глин Санкт-Петербургского региона (на примере нижнекембрийской глинистой толщи)”]:

Наличие трещиноватости синих глин предопределяет величину и характер их проницаемости. В лабораторных условиях максимальная величина поровой проницаемости этих пород достигает 10-5 м/сут, с учетом трещиноватости этот показатель возрастает на 2-3 порядка и более. Учитывая активность взаимодействия синих глин с агрессивными стоками, необходимо иметь в виду возможность глубокой трансформации толщи под влиянием различного вида утечек, в том числе канализационных стоков и жидких промышленных отходов. Под воздействием физико-химических и биохимических процессов эти глины способны превращаться в слабые разности, несущая способность которых может соответствовать современным глинистым отложениям.

В свете вышеизложенного, следует пересмотреть принципиальные подходы к оценке этих глинистых пород, которые существуют в настоящее время в практике геотехнических и геоэкологических исследований.

Аналогичный подход должен проводится и для верхнекотлинских глин венда, которые являются более древними образованиями по сравнению с синими глинами и служат средой размещения подземных станций и перегонных тоннелей метрополитена в Санкт-Петербурге.

Об этом же написано в документе “Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге”:

Вне погребенных долин верхнекотлинские глины (Охта как раз в погребенной долине - PS) могут служить надежным опорным горизонтом для свайных фундаментов. При использовании верхнекотлинских и нижнекембрийских глин в качестве основания или среды подземного сооружения следует учитывать их макро- и микротрещиноватость, и как следствие, неоднородность по глубине и простиранию.

Еще одна цитата:

Разлом (стык щитов ) расположен в области строительства. Давление на подошве опорных конструкций высотного здания всего в 3 раза превышает естественное давление на глубине расположения подошвы опорных конструкций. Глубина зоны влияния от подземной части здания заканчивается более чем за 70 метров от предполагаемой поверхности разлома, т.к. естественное бытовое давление на глубине 270 м превышает 50 кг/см. Структура толщи пород над местом стыка плит изучалась последние 50 лет. Толща над стыком плит образована многочисленными слоями с разными физико-механическими свойствами и мощностью. Наличие водонасыщенных горизонтов обеспечивает уменьшение сейсмоактивности за счёт распределения энергии на большой объём грунтовой толщи.

Нет тут стыка щитов и быть не может. Граница между Балтийским щитом и Русской платформой проходит по линии: Выборг — Приозерск — устье реки Видлицы – исток реки Свири у Онежского озера. А вот если разлом существует (скорее всего, зона разломов), то это серьезный фактор, значительно увеличивающий риск. Не имеет значение сколько лет он изучался. Давление не измеряется в кг/см (единицы давления: Паскаль ≡ Н/м2 ≡ 1 кг/(м·с2) ≡ 98066.5 кгс/см2). Про уменьшение сейсмоактивности в водонасыщенных горизонтах – это абсолютно голословное утверждение, можно привести множество примеров когда такие толщи только усиливали смещение, притом самым непредсказуемым образом (забавно, что всюду выше тщательно скрывалось высокая водонасыщенность моренных отложений). Вот, например, что пишет А. Вознесенский (“Землетрясения и динамика грунтов”):

Задача усложняется плохо прогнозируемыми эффектами резонансного усиления сейсмических колебаний рыхлыми приповерхностными грунтами: в зависимости от их типа и мощности пластов колебания одних частотных интервалов могут избирательно усиливаться, а других практически полностью поглощаться. Явление это связано с возбуждением собственных колебаний самого пласта вблизи свободной поверхности в волнах данного типа. Так, при землетрясении Лома Приета в Калифорнии (1989 год) с М = 7,1 более всего пострадала часть Сан-Франциско, расположенная на молодых морских глинистых отложениях. Сейсмограммы показали, что по сравнению с другими участками амплитуды сейсмических колебаний на этих грунтах были усилены в 6-10 раз для колебаний с частотами около 1 Гц и в 2-3 раза с частотами 3-5 Гц. Собственные же частоты многих разрушенных 3-4-этажных домов составляли как раз 2,5-3 Гц. Еще более драматичен пример Мехико, расположенного в 300 км от эпицентра землетрясения 1985 года с М = 8,1. В отдельных частях города резонансное усиление сейсмических колебаний с периодами около 2 с достигло 75 раз. Это привело к избирательному тотальному разрушению 15-25-этажных зданий с близкими резонансными периодами и к гибели 10 тыс. человек.

PPS Еще одна интересная ссылка - статья “Инженерно-геологический и геоэкологический анализ причин деформаций Исаакиевского собора”. В частности, там сказано:

В настоящее время в Санкт-Петербурге состояние примерно 80% памятников архитектуры характеризуется как неудовлетворительное, около 70% от их общего числа требуют принятия срочных мер по спасению от повреждения и разрушения. Среди них такие сооружения, как Исаакиевский и Казанский соборы, здания Нового Эрмитажа, Адмиралтейства и др. В большинстве случаев причиной негативного состояния объектов является снижение несущей способности грунтов в основании сооружения, разрушение фундаментов и несущих конструкций в результате проявления коррозионных процессов, связанных, в основном, с ухудшением геоэкологического состояния в подземном пространстве города.

Геология Санкт-Петербурга

Начал собирать ссылки о геологическом строении района СПб.

1) Для начала сообщение с официального сайта Администрации СПб о Геологическом Атласе (который пока нигде не видел):

29-06-2007 Комитет реализует международный проект “Использование геологической информации в управлении городской средой для предотвращения экологических рисков” (GEOInforM).
Проект финансируется программой Европейской Комиссии “Лайф - третьи страны”. Партнерами Комитета по проекту выступили Министерство окружающей среды Гамбурга (уникальный опыт в организации хранения и предоставления геологических и экологических данных); Администрация региона Милана (управление недропользованием, в частности, использованием грунтовых вод, с помощью информационных технологий); Геологическая служба Финляндии (эффективные разработки в области оценки рисков). Одним их российских партнеров по проекту выступило подведомственное Комитету предприятие ГГУП “Минерал” - одно из ведущих предприятий города, имеющее большой опыт в создании и использовании ГИС.
Выбор темы проекта связан с новыми полномочиями, делегированными Санкт-Петербургу как субъекту РФ в сфере рационального использования и охраны недр. В соответствии с этими изменениями, внесенными Федеральным законом 122-ФЗ от 22.08.04 в закон Российской Федерации “О недрах”, субъектам Российской Федерации предоставляются полномочия в области организации лицензирования и контроля в области недропользования, а так же ведения территориальных фондов геологической информации. Эти изменения, в частности, послужили основанием для разработки законов “О разработке месторождений общераспространенных полезных ископаемых на территории Санкт-Петербурга” и “О недропользовании на территории Санкт-Петербурга”. Выполнение данного проекта задумано как часть работ, начатых Комитетом в соответствии с реализацией новых полномочий.
Наряду с осуществлением законодательных инициатив, по заказу Комитета еще в 2004 году были начаты работы по созданию геологической цифровой картографической основы Санкт-Петербурга - для России это прецедент. В ходе работ по созданию “Экологического паспорта Санкт-Петербурга” собранные картографические материалы были переведены в цифровой формат и вошли в состав информационного блока “Характеристика геологической среды” в виде 5 основных цифровых моделей геологических карт.

Контактный телефон 232-82-67 - Дмитрий Александрович Франк-Каменецкий
Пресс-секретарь Комитета - Елена Анатольевна Малышева, телефон 232-82-80, dep@gov.spb.ru, elenam@ecodata.spb.ru

2) В интервью председателя Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности администрации Санкт-Петербурга Дмитрия Голубева (Новая Газета ) также упоминается об Атласе.

3) Здесь есть геологическая карта Севера-Запада и ряд других карт, но масштаб довольно мелкий.

4) Нашел еще упоминание о работах "Севзапгеологии":

Мониторинг эндогенных геологических процессов на территории Санкт-Петербурга

Составлен комплект специализированных карт территории г. Санкт-Петербурга м-ба 1:50000, отражающий развитие новейших тектонических процессов. Комплект включает карту современных вертикальных движений земной коры, схему современной тектонической активизации, карту надежности геологической среды по фактору неотектонической опасности м-ба 1:25000 Северной и Центральной частей С.-Петербурга. Составлена программа мониторинга эндогенных геологических процессов (ЭнГП). На девяти ключевых участках организован мониторинг ЭнГП по газовому потоку. Даны рекомендации по проведению дальнейших геоэкологических работ на территории С.-Петербурга.

5) И о работах Горного Института:

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ, 30.01. 2008. Составлены карты геотектонических разломов на территории Санкт-Петербурга и его пригородов, проводится анализ их влияния на подземное строительство. В частности, предполагается проанализировать связь тектонических узлов (зон пересечения нескольких разломов) и местонахождение группы аварийных домов. Об этом корреспонденту ИА «Росбалт-Петербург» сообщил старший научный сотрудник Санкт-Петербургского государственного Горного института, заслуженный геолог РФ Евгений Мельников.
Мельников обращает внимание на то, что многие крупные аварии Водоканала «сидят» на тектонических узлах. Игнорирование тектоники подстилающих пород оборачивается серьезными проблемами при эксплуатации строений, сетевого хозяйства и оборудования. Пока же интереса к этим картам со стороны строителей не наблюдается. «А зря, так как можно было бы избежать многих скандальных моментов», — подчеркивает заслуженный геолог РФ. Вместе с тем, сводная карта и сопроводительная записка к ней с анализом графики переданы МЧС, сообщил он.
Коллегу поддерживает начальник геоэкологической партии «Севзапгеология» Борис Дворницкий. «Нужна карты геологического риска», — утверждает он. Существуют циклы геологической активности. Именно к ним приурочены пики аварий. Это необходимо хорошо знать, чтобы быть готовыми к ним и, по возможности, проводить предупредительные мероприятия. В частности, более детальной геологической карты с учетом тектоники и геологических рисков, по его мнению, требуют кварталы высотной застройки.

6) Интересная статья Л.Г.Заварзина "Cлабые грунты на территории Санкт-Петербурга" ("Реконструкция городов и геотехническое строительство", № 2, 2000). Есть очень обобщенная схема:

Инженерно-геологическая карта Петербурга: _____ сбросы и флексуры, ограничивающие Усть-Невский грабен; --- границы города; I - область распространения слабых грунтов; II - область распространения флювиогляциальных отложений, зандров, камов и озов; III - область распространения лужской морены.

7) Очень важная статья - В.М. Улицкий, А. Г. Шашкин, К. Г. Шашкин, Высотное строительство в Санкт-Петербурге. “Реконструкция городов и геотехническое строительство”, № 9, 2005.

Санкт-Петербург возник на «мшистых, топких берегах» дельты Невы, лишенных перепадов рельефа. Абсолютная отметка поверхности земли в центре сегодня колеблется от + 2,5 м до + 3,5 м. На протяжении 200 лет застройка города велась по строгому регламенту, ограничивающему высоту жилых и общественных зданий уровнем карниза Зимнего дворца (23,4 м). Этому регламенту мы во многом обязаны тем неповторимым городским пейзажем, который принес Петербургу славу одного из красивейших городов мира. Но этим отнюдь не исчерпывается значение высотного регламента для Санкт-Петербурга. В современном геотехническом понимании регламентирование высоты застройки есть ограничение давления на основание, что было чрезвычайно существенным для сложных инженерно-геологических условий города.

В качестве естественного основания для бутовых фундаментов использовался приповерхностный слой пылеватых и мелких песков, залегающий на глубину до нескольких метров. Если у поверхности встречались глинистые грунты (которые уже тогда именовались слабыми), их стремились «уплотнить» деревянными сваями длиной 6...8 м, по которым устраивался деревянный настил (ростверк). Распространенным приемом была укладка бута (известняковых плит, реже гранитных валунов) в траншею поверх настила из деревянных лежней. Слой песков, залегающий под подошвой фундаментов, или уплотненное сваями основание играли роль распределительной подушки, передающей нагрузку от фундамента на подстилающую толщу слабых грунтов.

Следует признать, что ограничение высоты рядовой застройки оказалось весьма эффективным: при соответствующем уровне нагрузок на слабые подстилающие грунты основания и обычных для того времени скоростях их приложения, как правило, удавалось избежать выпора грунтов из-под подошвы. Осадки носили длительный (реологический) характер, с годами уменьшаясь по интенсивности до осадок «вековой» ползучести, которые и по сей день прослеживаются у исторической застройки города и составляют 1...3 мм в год.

<…>

Не следует забывать, что небоскребы Чикаго и Нью-Йорка построены на надежном скальном основании. Там, где скала перекрывалась толщей осадочных отложений, эти грунты проходились сваями. В Петербурге скальное основание покрыто 200-метровым чехлом осадочных пород и его невозможно использовать в качестве несущего слоя. Невозможность безосадочного строительства выдвигает особые требования к конструированию высотных зданий, прежде всего к обеспечению их пространственной жесткости и устойчивости. Конструкция высотного здания должна сопротивляться не только сжимающим, но и изгибным и крутящим нагрузкам. Теоретически такими свойствами может обладать только каркас из металла или вестно с первой трети XX в.

Как ни странно, в Санкт-Петербурге до сих пор делаются попытки возведения зданий повышенной этажности из кирпича. Строительство 20-этажного кирпичного здания весьма проблематично хотя бы из-за исчерпания сопротивления кладки сжатию.

Первым опытом проектирования высотного здания в Петербурге стала так называемая башня «Петр Великий» высотой 120 м, которую предполагалось расположить в устье р. Смоленки на Васильевском острове. Следует отметить, что проектирование проводилось институтом ЛенНИИпроект с должным профессионализмом. Здание было запроектировано с жестким центральным ядром по принципу «труба в трубе», особое внимание уделялось деформациям здания. Причиной приостановки осуществления проекта стал вывод о необходимости устройства свай длиной порядка 100 м, что в начале 90-х гг. ушедшего века казалось нереальным.

В последние годы появились идеи строительства столь же высоких зданий на территориях с более благоприятными грунтовыми условиями. Весьма показательным примером является проектирование 100-метрового здания в южной части города. Его предполагалось возвести между двумя уже построенными 6-этажными корпусами. Некогда здесь планировалось возведение 17-этажного здания (небоскреба по тогдашним меркам). Институт «Фундаментпроект» настаивал на опережающем строительстве среднего корпуса по отношению к боковым корпусам. Но это основополагающее условие было проигнорировано. Сегодняшняя задача – возведение здесь вдвое более высокого здания – чрезвычайно сложна. Даже устройство длинных свай (более 30 м) не позволяет снизить осадки здания до уровня, безопасного для существующих строений. Курьез проектного предложения состоит в том, что высотное здание решено в неполном каркасе с использованием кирпичных (!) стен, при этом много- этажная коробка не имеет ядер жесткости, адекватных решаемой задаче, и «посажена» на первый этаж меньшей пощади (за счет встроенных пожарных проездов). Одна только ветровая нагрузка приводит к раскачиванию верха здания почти на метр! Появление подобных проектов является ярким примером попытки экстраполяции типовых решений, пригодных для малоэтажной застройки, на высотное строительство, что подтверждает неготовность к проектированию высотных зданий.

8) Санкт-Петербург, 10 октября 2007 г. Смольный финансирует проект «Охта Центр» без технико-экономического и инженерно-геологического обоснования. Такое мнение выразили сегодня участники пресс-конференции в ИА «Росбалт».

По мнению доктора технических наук, профессора, заведующего кафедрой оснований и фундаментов Санкт-Петербургского государственного университета путей сообщения Владимира Улицкого, «построить можно что угодно и где угодно. Но для этого должны быть исчерпывающие данные. Таких данных по Охте нет». Сам Улицкий привлекался к этому проекту на общественных началах.

Его слова подтвердил и другой участник пресс-конференции — доктор геолого-минералогических наук, заведующий отделом региональной геоэкологии и морской геологии ВСЕГЕИ Михаил Спиридонов. Небоскреб планируется возвести в непростых геологических условиях – в береговой зоне, а геологических данных по ней нет, сказал он.