CC BY
3ОСОБЕННОСТИ ВЕРТИКАЛЬНОМ ПЛАНИРОВКИ НА ТЕРРИТОРИИ СЕВЕРНЫХ ГОРОДОВ
Евдокия Николаевна Кондратьева,
кандидат технических наук, доцент кафедры автомобильных дорог и аэродромов автодорожного
факультета СевероВосточного федерального университета им. М. К. Аммосова, г. Якутск
Общие требования к вертикальной планировке
Вертикальная планировка - это процесс преобразования существующего рельефа перед строительством отдельных инженерных объектов и после окончания строительства для приведения территории вокруг объекта в благоустроенное состояние. Вертикальная планировка служит также для сглаживания рельефа вновь создаваемых улиц, проездов, кварталов и площадей. По теоретическим вопросам о вертикальной планировке имеется литература, изданная ещё в прошлом веке [1-4]. Более современные опубликованные работы касаются в основном определения объёма земляных работ [5-7].
В градостроительной практике рельеф подразделяется на следующие категории: равнинный (слабо-выраженный, без холмов и резких понижений); средний (с небольшими холмами, долинами и редкими оврагами); гористый (с резко выраженными крутыми склонами). Наиболее приемлемым для градостроительства является рельеф с уклоном в пределах от 0,004 до 0,08.
К основным задачам вертикальной планировки территории города относятся:
• организация поверхностного водоотвода путём обеспечения стока по улицам и проездам с уклонами, направленными к городской водосточной сети;
• создание уклонов улиц и тротуаров, допустимых для безопасного движения транспорта и пешеходов;
• приспособление рельефа для застройки кварталов, микрорайонов, отдельных зданий и инженерных сооружений;
• благоустройство улиц и территорий около зданий с помощью зелёных насаждений.
Е. Н. Кондратьева DOI: 10.24412/1728-516Х-2024-1-20-24
Работы по вертикальной планировке при строительстве объектов, как правило, осуществляются до застройки. Здания и сооружения должны возводиться по проектным отметкам осваиваемой поверхности. При размещении крупных и особо ответственных в архитектурном отношении зданий выбирают рельеф городской территории, господствующий над прилегающими участками с тем, чтобы легче решать задачи высотной композиции.
Населённые пункты или их отдельные районы, для которых составляются генеральные планы, могут находиться в неблагоприятных природных условиях, например, в заболоченной местности или в прибрежной территории, которая в паводки затопляется. Решения для таких сложных участков могут быть разными. Например, для заболоченной местности может выполняться сплошная либо частичная подсыпка. Для затапливаемых территорий решают, нужно ли поднимать проектный уровень выше уровня высоких вод, или же можно ограничиться обвалованием территории с удалением грунтовых и ливневых вод.
При разработке проекта вертикальной планировки изучают и выясняют следующие вопросы:
• условия и способы водоотвода с территории города;
• общие условия устройства основных магистралей уличной сети города, в частности определение предельных продольных уклонов; способы, пересечения с транспортными пунктами, автомобильными дорогами и др.; схемы взаимных пересечений основных магистралей; необходимость и места устройства мостов, путепроводов и др.;
• мероприятия по освоению и благоустройству территории,
требующей осушения, понижения уровня грунтовых вод, а также проведения подсыпок и срезок, регулирования высоты береговых полос, использования оврагов.
Проект вертикальной планировки разрабатывается также с учётом следующих документов:
• схемы уличной сети масштаба 1: 2000, на которой обозначаются направления по осям улиц и пересечений, проектные и существующие отметки, места значительных насыпей или выемок, места выпусков поверхностного водоотвода;
• профили улиц, выполненных в масштабе 1: 5001:1000.
На основании всестороннего изучения территории выясняются:
• условия отвода вод поверхностного стока открытыми лотками;
• требуемые объёмы по сооружению подземной сети водостоков (в случае невозможности отвода поверхностного стока открытыми лотками);
• рельеф территории с выделением неблагоприятных по условиям местности участков;
• допустимые для движения транспорта уклоны на магистральных улицах;
• места наиболее удобного пересечения основных автомагистралей между собой, с железными дорогами и другими путями сообщения;
• участки, которые могут быть подсыпаны в процессе застройки и планировки территории (овраги, пойменные территории); участки, с которых может быть получен грунт для подсыпки.
В результате анализа предварительного проектно-планировочного решения устанавливается наилучший вариант проекта планировки и закрепляется сетка основных магистральных улиц города. На основании этого переходят к составлению генерального плана вертикальной планировки городской территории.
Правильно выполненная вертикальная планировка территории города совместно с архитектурной планировкой обеспечивают удобства для населения, надёжность промышленных и гражданских объектов, а также решают задачи улучшения экологического и санитарного состояния городской территории: устранение причин заболоченности, эрозии поверхности и создание наиболее экономичных условий прокладки подземных инженерных коммуникаций и строительства подземных сооружений.
Для большинства проектов вертикальной планировки городов очень важным является установление высшего исторического горизонта грунтовых и поверхностных вод. Определение его производится по данным многолетних наблюдений водомерных постов, по опросам старожилов и путём гидрологических расчётов.
Вертикальная планировка и водоотведение
В городских условиях отвод дождевых и талых вод может быть выполнен в виде раздельной, общесплавной и полураздельной систем канализации.
Наиболее рациональным в городах на многолет-немёрзлых грунтах является полураздельная система
канализации. Она предусматривает устройство двух самостоятельных сетей: для промышленных вод и отдельно - для дождевых и талых, но их объединяют при попадании в очистные сооружения, а при сильном ливне открывают отдельные шлюзы для попадания в водоёмы только ливневых вод.
В свою очередь водоотводная система бывает трёх видов: закрытая, открытая и смешанная. Закрытая система отвечает всем требованиям благоустройства городской территории [8]. Водоотвод закрытой системы организуется по схеме: лотки городских улиц - дожде-приёмные колодцы - трубопроводы, коллекторы. Однако она почти не применяется в городах, расположенных в области распространения многолетнемёрзлых пород. Водоотвод открытого типа состоит из лотков и кюветов, входящих в конструкцию улиц и тротуаров, водоотво-дящих канав и естественных ручьёв и речек. Общее направление воды должно быть направлено в сторону естественного водостока. Такая система отвода вод рекомендуется для малых городов или отдельных районов городов, расположенных на многолетнемёрзлых грунтах. Её недостатком является затруднённый отвод воды при сильных ливнях и весеннем таянии снегов. Водоотвод смешанного типа состоит из элементов закрытой и открытой сетей.
3 Г*-'* 5 ^ № ».¿1 ЬиЗня -
Застойный характер воды в горканале г. Якутска (сентябрь 2024 г.)
Основные недостатки вертикальной планировки, вызывающие неправильный водоотвод:
• вертикальная планировка территории строительства ведётся без учёта высотных отметок смежных, уже спланированных территорий;
• предварительное нивелирование площадки для строительства производится без привязки к городской высотной опорной сети;
• уровень спланированной площадки под строительство не возвышается над окружающей территорией.
Неправильная вертикальная планировка территории городов на многолетнемёрзлых грунтах приводит к дополнительным негативным факторам. Из-за застоя и загрязнения воды происходит деградация многолетней мерзлоты, что, в свою очередь, вызывает оседание слоя сезонного протаивания грунтов в летнее время и пучение - в зимнее. Подобные явления опасны для сохранности улиц и проездов, а главное - для зданий и сооружений. Так, например, несоблюдение основных требований по производству вертикальной планировки в черте г. Якутска, а также постоянные и свободные утечки из водонесущих коммуникаций привели к заболачиванию его территории. Таким образом, разработка способов организованного водоотвода является одной из актуальных задач инженерного мерзлотоведения. Основным законом строительства на Севере должно быть бережное, рачительное отношение к многолетне-мёрзлым грунтам. В этом залог долговечности инженерных сооружений, зданий и улиц северных городов.
Влияние изменения микроклимата северных городов на деградацию многолетней мерзлоты и спланированной поверхности
Проектирование и строительство новых городов и посёлков основаны на предположении о том, что ранее полученные климатические данные могут быть использованы без каких-либо изменений в качестве надёжной основы. Однако происходящее современное повышение температуры воздуха может привести к сокращению площади распространения вечной мерзлоты в Северном полушарии на 15-30 %. При этом глубина сезонно-талого слоя (СТС) может увеличиться в среднем на 25 %, а в отдельных регионах более чем на 50 % [9].
С дополнительным оттаиванием поверхности вечной мерзлоты произойдёт усадка грунтов, образование надмерзлотных грунтовых вод, просадка территории города. В связи с этим в северных городах даже правильно выполненная вертикальная планировка со временем может измениться из-за постепенного увеличения глубины сезонного оттаивания грунтов. Увеличение глубины СТС может происходить за счёт уменьшения мощности вечной мерзлоты сверху, но при этом номинальная глубина сезонно-талого слоя может оставаться неизменной из-за уплотнения оттаявшего грунта. Эго явление может происходить неравномерно в разных частях города, в зависимости от экспозиции солнечного прогревания улиц из-за теней зданий и сооружений.
Для исследования данного процесса необходимо:
1) определение среднегодовой температуры воздуха;
2) периодические замеры абсолютных высот точек на верхней поверхности вечной мерзлоты и на поверхности земли для определения величин оседаний территории города и уменьшения мощности многолетней мерзлоты;
3) выявление различных факторов из-за изменения вышеуказанных явлений, например, оседаний, увлажнений и т.д.
По результатам таких наблюдений могут быть выработаны рекомендации.
Микроклимат городов Севера может изменяться из-за близости их к водохранилищам и крупным по площади озёрам. Так, например, влияние Вилюйской ГЭС на климат близлежащих населённых пунктов ощущается с 1989 г. В основном отмечается увеличение осадков, особенно в летнее время. Также имеет место увеличение периода безморозных дней [10]. В городах увеличение количества дождей в летнее время вызывает повышение мощности сезонно-талого слоя, особенно при отсутствии соответствующей системы водоотведе-ния. При смягчении климата слой сезонного промерзания может не смыкаться с поверхностью вечномёрзлых грунтов. Это, в свою очередь, вызовет проседание территории города и заболачивание пригородных участков.
В городах Севера дополнительное оттаивание поверхности многолетней мерзлоты может прогрессировать с каждым годом, что в свою очередь может оказаться причиной таких катастрофических явлений, как оседание и провалы летом и выпучивания и разломы -в зимнее время.
Перечень наблюдений за прогрессированием оседаний территории города в связи с потеплением климата должен включать:
• полный комплекс общих метеорологических измерений с фиксацией температуры почвогрунта не только до глубины 2-3 м, как это делается сейчас, а до 10 м, т.е. во всём слое годовых колебаний температуры и круглогодично (исполнители - метеорологи);
• полный комплекс актинометрических измерений, круглогодично (метеорологи);
• измерение влажности водных и почвенных испарений в тёплое время года (гидрометеорологи);
• градиентные измерения и расчёты составляющих теплового баланса в тёплое время года (метеорологи);
• геотермические измерения в глубоких скважинах до 100 м и более один раз месяц (метеорологи и мерзлотоведы);
• геокриологические исследования в городе и в окрестностях (растрескивания, вспучивания, просадки и т.д.) летом и зимой (мерзлотоведы, почвоведы, геохимики);
• почвенные исследования на полигоне города и в окрестностях летом (почвоведы, геохимики);
• ландшафтные исследования в окрестностях летом (географы, геоботаники).
Как показывает практика строительства на вечно-мёрзлых грунтах, наибольшее влияние на деформацию
зданий и сооружений оказывают погрешности в проектировании инженерных коммуникаций и в вертикальной планировке. Примером может служить высокая вертикальная планировка Дворца культуры в г. Якутске, вызвавшая сбор вод, деградацию многолетнемёрзлых грунтов, осадку и деформацию находящегося рядом здания школы.
Факторы, влияющие на правильность вертикальной планировки
В геодезической литературе очень редко говорится о точности вертикальной планировки. Следует обратить внимание на статью Ю. Г. Батракова [5], в которой указывается, что погрешности геометрического нивелирования оказывают незначительное влияние на точность вертикальной планировки. Более значительная погрешность в объёме земляных работ вызвана, по его мнению, обобщением рельефа, его сглаживанием. Для правильного определения объёма карьерного грунта для насыпи необходимо правильно вынести проектную высотную отметку. Для точного же установления проектной отметки требуется выполнение точных нивелирных работ. Нивелирование территории строительной площадки должно выполняться в общегородской высотной увязке, что необходимо для соблюдения связи всех проведённых в разное время наблюдений.
Следующим фактором, влияющим на точность вертикальной планировки в северных городах, является оседание поверхности в летне-осенний период из-за процесса постепенного оттаивания грунтов. Для преобразования рельефа при вертикальной планировке на многолетнемёрзлых грунтах насыпь необходимо возводить с учётом оседания поверхности земли при сезонном оттаивании верхнего слоя грунтов. Для строительства и составления топографических карт необходимо иметь точное изображение рельефа. При съёмке рельефа не учитывается вертикальное движение поверхности из-за сезонного оттаивания деятельного слоя многолетнемёрзлых грунтов. Съёмка рельефа выполняется с опорных точек, абсолютные высоты которых предварительно определены. Но они также могут смещаться вместе с поверхностью земли. Если не учесть этот фактор, это может нанести существенный экономический ущерб при проектировании и создании искусственных поверхностей для строительных и мелиоративных работ.
Для повышения точности вертикальной планировки в северных городах мы предлагаем высотную отметку исходной точки определять от опорной геодезической сети одновременно с переносом проектной отметки в натуру. Работы по вертикальной планировке должны быть проведены в кратчайший срок для уменьшения влияния вертикальных смещений исходных точек и поверхности земли. Поэтому вертикальную планировку в северных городах желательно выполнять весной, когда глубина про-таивания меньше. Если имеются бугры, то они должны быть убраны и заменены насыпным грунтом.
При определении высоты насыпи рекомендуется учитывать, кроме осадки насыпного грунта из-за его уплотнения, и осадку поверхности земли при протаи-
вании на величину смещения точки съёмочного обоснования (исходной точки) в момент выноса проектной отметки. Тогда высоту насыпи рекомендую вычислять по формуле:
11 = Н - Н + ДИ + ДИ + ДН,
нас пр з нас пов '
где ДИ
величина осадки насыпного грунта;
ДИпов - величина осадки поверхности земли; ДН - величина смещения исходной точки; Нпр - проектная отметка; Н3 - высотная отметка земной поверхности.
Таким образом, на точность вертикальной планировки влияют следующие показатели:
• изменение высоты исходной точки;
• погрешность переноса проектной высотной отметки в натуру;
• погрешность в выравнивании грунта;
• погрешность в предварительном расчёте осадки насыпи и естественного грунта под нагрузкой;
• неравномерные оседания дневной поверхности на территории северных городов из-за влияния потепления климата.
В северных городах все указанные факторы требуют более точного подсчёта земляных работ и определения проектной отметки из-за их высокой стоимости. Учитывая множественность факторов, влияющих на вертикальную планировку, после завершения работ должно быть выполнено контрольное нивелирование (исполнительная съёмка).
До сих пор вертикальная планировка при строительстве объектов в северных городах, как таковая, не выполнялась. При строительстве домов, глазомером определяли наиболее высокие места относительно окружающего рельефа, чтобы дом находился на сухом месте. Именно по этой причине в северных городах отсутствует нормально функционирующая водоотводная система. Так, в г. Якутске после небольшого дождя даже по центральным улицам невозможно пройти, если ты не в резиновых сапогах.
Выводы и рекомендации
Преобразование рельефа (вертикальная планировка) в северных городах существенно отличается от этой работы в южных регионах. Эффективность вертикальной планировки зависит от точности создания высотной съёмочной сети. На точность вертикальной планировки существенно влияет постепенное оседание дневной поверхности из-за деградации кровли многолетней мерзлоты и сезонного движения дневной поверхности, а конкретно выпучивание - зимой и проседание - летом. Проблема осложняется тем, что указанные процессы происходят неравномерно на всей территории города, в зависимости от состава, строения и влажности грунтов. Проектирование вертикальной планировки в этих условиях должно выполняться совместно с проектированием дренажной и водоотводной систем и озеленением города. Для повышения качества вертикальной планировки северных городов можно дать следующие рекомендации:
Якутск после дождя (август 2008 г.)
(https://1sn.ru/galleries/422)
Фото Николая Фатеева
1) перед производством вертикальной планировки необходимо выполнить съёмку рельефа с повышенной технической точностью;
2) вертикальная планировка территории города должна проектироваться и производиться в абсолютной системе высот, что даст возможность взаимной увязки отметок существующих и планируемых новых территорий города;
3) учитывая трудность водоотведения в городах, расположенных на равнинной территории, необходимо уклоны дренажных лотков и канав направлять в сторону существующих водоёмов;
4) проектирование вертикальной планировки должно выполняться совместно с проектированием дренажных и водоотводных систем и озеленением;
5) вертикальную планировку под строительство зданий и сооружений необходимо проводить в два этапа: перед строительством и после него;
6) если вертикальная планировка с водоотведени-ем выполнялась без связи между отдельными городскими районами, то необходимо перепланировать её для всей территории города.
Список литературы
1. Страментов, А. Е. Вертикальная планировка городских территорий / [Текст] / А. Е. Страментов, В. М. Стан-кеев, Е. А. Меркулов. - М. : Изд-во М-ва коммун. хозяйства РСФСР, 1960. - 159 с.
2. Мойсеев, В. Ю. Проектирование рельефа застраиваемой территории / [Текст] / В. Ю. Мойсеев, В. Я. Пинчук. -Киев : Буд/'вельник, 1977. - 148 с.
3. Кривцов, И. А. Вертикальная планировка в градостроительном проектировании / И. А. Кривцов. - М. : Строй-издат, 1982. - 111 с.
4. Парамонов, А. Г. Геодезические работы при вертикальной планировке / А. Г. Парамонов. - М. : Недра, 1984. -153 с.
5. Батраков, Ю. Г. Исследование точности подсчёта объёмов земли при
планировочных работах / Ю. Г. Батраков // Геодезия и картография. - 1997. - № 3. - С. 23-25.
6. Соустин, В. Н. Полюсный метод вычисления объёма земляных работ / В. Н. Соустин // Геодезия и картография. - 1998. - №11. - С. 12-14.
7. Тревого, И. С. Метод определения объёмов земли / И. С. Тревого, И. О. Литинский, И. О. Гарисинчук // Геодезия и картография. - 1997. - № 1. - С. 30-33.
8. Сандакова, И. И. Очистка бытовых сточных вод в условиях крайнего Севера /И. И. Сандакова, Г. В. Оси-пова //Цветная металлургия. - 1990. - № 9. - С. 60-61.
9. Гаврилова. М. К. Предстоящее изменение климата и вечная мерзлота / М. К. Гаврилова // Рациональное природопользование в криолитозоне. - М. : Наука, 1992. - С. 8-12.
10. Егорова, Л. П. Влияние Вилюйского водохранилища на климат прилегающих территорий / Л. П. Егорова // Стратегия развития Крайнего Севера : тезисы докладов. - М. : Изд.-во РАН, 1989. - С. 183-185.
11. Цветкова, С. Ф. К вопросу изучения тепло- мас-сообмена в системе «атмосфера - литосфера» в геокриологических целях / С. Ф. Цветкова, В. Г. Порхаев // Материалы к основам учения о мёрзлых зонах земной коры. - М. : Изд. АН СССР, 1966. - Вып. 6. - С. 5-15.
ЯФЖЪ М'У^УШХШЮ^ВК
Научная гипотеза всегда выходит за пределы фактов, послуживших основой для её построения.
Владимир Вернадский
