CC BY
12
И Н Ж Е Н Е Р Н О - С Т Р О И Т Е Л Ь Н А Я Г Е О Л О Г И Я
УДК 553.57: 691.22 (470.44)
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПЕСЧАНИКОВ У СЕЛА АЛЕКСЕЕВКА В ХВАЛЫНСКОМ РАЙОНЕ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ ДЛЯ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА
© 2011 г. О.Д. Смилевец
Саратовский государственный технический университет
Для развития автомобильного транспорта в Российской Федерации необходимы строительство новых дорог и реконструкция старой сети.
Строительными организациями в 20062007 гг. изучались месторождения естест-
венных строительных материалов (песчаников) в Хвалынском районе (карта) [1] для определения возможного их использования в зависимости от качества и запасов [2].
Планом исследования предусматривались подробное обследование ранее извест-
Карта Хвалынского района Саратовской области
ных и разрабатываемых месторождений строительных материалов северной части района, поиск и разведка новых месторождений, изучение физико-механических свойств опытных образцов, в результате чего требовалось определить рентабельность месторождений и возможное использование природных строительных материалов, главным образом, в дорожном и жилищном строительстве.
При изучении геологических разрезов в полевых условиях ставилась задача предварительной оценки качества горных пород как строительных материалов, а затем эта характеристика уточнялась по данным лабораторных испытаний [5].
В строении прибрежной волжской полосы южнее г. Хвалынска принимают участие нижнемеловые, верхнемеловые, палеоген - неогеновые и четвертичные отложения.
Нижнемеловые образования представлены в основном глинами, в разной степени обогащенными песком с прослойками алевритов, мелкозернистого песка и тонкоплитчатых железистых песчаников. Этими глинистыми породами сложена нижняя часть правобережного массива. Крутой склон массива, обращенный в сторону Волги, расчленен широкими долинами и глубокими оврагами на ряд увалов, именуемых в окрестностях поселка Алексеевки горами: "Маячной", "Садовой" и "Придорожной".
Верхняя часть правобережного массива сложена верхнемеловыми породами: белым писчим мелом, мягким и окремнелым мергелем с прослоями опоки. "Венцы" правобережного массива сложены палеоген-неогеновыми мелкозернистыми песками с многочисленными (13-15) тонкими прослоями кремнистого песчаника (мощностью от 0,5 до 1,5-2 м). Общая мощность песчаной толщи определяется в 50-60 м. В конце палеоген-неогенового периода песчаная толща пород и нижележащие слои сильно размывались волнами акчагыльского моря. Песчаники при этом размывались и вместе с
обломками окаменелых деревьев сгружались в прибрежной полосе упомянутого моря. В это время правобережные уступы ("Маячной", "Садовой" и "Придорожной" гор), очевидно, представляли собой единую сплошную прибрежную полосу, покрытую обломками и крупными плитами кремнистого песчаника.
В последующее четвертичное время море покинуло эту местность, куда, в связи с таянием ледников, стали стекаться по склонам Хвалынского правобережья мощные потоки поверхностных вод. Эти потоки продолжали размывать крутой склон правобережья Волги и образовали широкие долы, которыми и разобщаются в настоящее время уступы, покрытые с поверхности каменным агломератом, т. е. сгруженными обломками кремнистого песчаника разных размеров с заполнением пустот в агломерате суглинком или супесью.
В четвертичное время под воздействием мощных потоков, стекавших с большой скоростью по крутому правобережному волжскому склону, крупнообломочный каменный материал перемещался с высоких уступов в глубокие русла древних оврагов [3].
В устьевых частях древних оврагов наблюдаются конусы выноса, расширяющиеся до 0,5-1,5 км. В современном рельефе эти конусы выноса каменных обломков образуют так называемые "каменные гряды" в основании современного берега Волги, сложенного красно-бурыми тонкоплитчатыми глинами и желто-бурыми суглинками.
Таким образом, четвертичные образования в виде суглинков и каменного агломерата прикрывают на крутом правобережном склоне нижнемеловые глинистые отложения, а в основании правобережного склона формируют Хвалынскую надпойменную террасу на высоте 50-60 м, сложенную суглинками и глинами. На более высоких уступах, сложенных нижнемеловыми глинами и частично верхнемеловыми мергелями, сохранились каменные обломки прибрежной
зоны акчагыльского моря. Это площадки покрытые каменным агломератом1 и представляющие собой места возможных карьерных разработок.
Разведанное месторождение песчаника находится на вершине одного из правобережных уступов в окрестностях поселка Алексеевки, именуемого "Маячной горой" [4].
Гора Маячная сложена глинистыми породами нижнемелового возраста, и лишь в западной части на более высоких отметках сохранились от долговременного размыва верхнемеловые мергели на глинах нижнемелового возраста. А на размытой поверхности этих глин лежит каменный агломерат из обломков кремнистого песчаника разных размеров с наполнением пустот глинистым мергелем (на площади распространения меловых мергелей) или суглинком и супесью (на площади распространения нижнемеловых глин). Поэтому при наличии мощных глинистых пород, слагающих в основном гору Маячную, и глубокого естественного дренажа наличие подземных вод на вершине, безусловно, исключается. Это положение подтверждается многочисленными скважинами, которые были заложены на глубину до 12 м и всюду вскрыли безводную толщу каменных агломератов, углубившись местами в подошву продуктивного слоя на 1-2 м.
Таким образом, на горе Маячной имеется полная возможность разрабатывать каменный агломерат на полную его мощность.
Агломеративная толща состоит из тесно сгруженных конкреций и обломков кремнистого сливного песчаника. Сортировка агломерата показывает преимущественное содержание (до 1/3 объема) обломков размером от 3 до 45 см и обломков размером от 15 до 30 см (их около 1/5 объема), что в общей сложности составляет около 60 % от всего объема агломеративной толщи. Изредка встречаются более крупные плиты песчани-
ков размером до 50 см и более, камни разнообразных очертаний: то овальной формы, по причине их небольшой окатанности, то чашеобразные и караваеобразные конкреции, имеющие тонкие цилиндрические пустоты. Обломки крупных размеров от прослоев кремнистого песчаника чаще всего слабо окатаны. Они резко угловатые и имеют острые ребра.
Наряду с крупными обломками имеются и мелкие отдельности в виде щебня, слабо окатанной гальки, гравия, песка, супеси и суглинка. В их сочетаниях трудно подметить какую-либо закономерность. В связи с чем можно отметить, что в западной части этого месторождения, выделенного нами в пределах четвертой площадки, пустоты аг-ромеративной толщи заполнены мелко- и тонкозернистым глинистым песком. На остальных площадках наполнителем является известковистый суглинок и супесь.
Кроме этого можно отметить, что в средней нижней части агломеративной толщи чаще встречаются крупные отдельности.
Горнопроходческие работы на этом месторождении, вследствие агломеративного характера ископаемого, сопровождались сортировкой извлеченного из шурфов агломерата. Для этой цели использовались металлические сита с диаметром ячеек в 0,53 см, а также производился ручной отбор более крупных камней.
Поэтому, воспользовавшись результатами этой сортировки, можно показать механический состав агломерата в объемных вычислениях (табл. 1).
Наряду с сортировкой агломерата в поле, лабораторным испытанием была подвергнута гравелисто-щебнистая масса в смеси с суглинками и супесью, прошедшая через сита с ячейками в 3 см (табл.2). Процентное соотношение различных составных частей агломерата в пределах каждой площадки
1 - Агломерат - рыхлые скопления обычно неокатанного крупнообломочного материала, главным образом, осадочного происхождения
варьирует в сравнительно больших величинах, что обусловлено своеобразием полезного ископаемого и невыдержанностью агло-меративной толщи по простиранию.
Однако средние величины процентного содержания составных частей агломерата, подсчитанные для каждой площадки в отдельности, имеют небольшое отклонение от средних величин всего месторождения в целом.
Основываясь на средних величинах по площадкам, можно отметить, что в составе агломерата на второй площадке содержится максимальное количество крупных камней (свыше 15 см), их 21 % от объема всей толщи. А минимальное содержание крупных от-дельностей кремнистого песчаника оказалось на четвертой площадке - 12 % от объема. И наоборот, максимальное содержание более мелких обломков (от 3 до 15 см) отмечено на четвертой площадке, где они в среднем составляют 50 % от объема, а минимальное их содержание отмечено на второй площадке.
Отсев через сита (с ячейками в 3 см) достигает на трех первых площадках 50 %, и только на четвертой площадке величина отсева уменьшается до 38 %.
Данные, характеризующие гранулометрический состав отсева, показывают, что
Таблица 1
Механический состав агломерата
Участок работ Процентное содержание в агломерате
камни, более 15 см щебень и галька, 3-15 см суглинок, супесь, гравий и щебень, менее 3 см
1 площадка 17 33 50
2 площадка 21 29 50
3 площадка 14,5 35 50,5
4 площадка 12 50 38
по всему месторождению в среднем 16 37 47
содержание в нем глинистых и пылевидных частиц небольшое, в среднем 1,7-3,1 %. Основная часть его представлена гравелис-то-щебенчатыми и песчаными частицами. В среднем содержание песчаных частиц варьирует от 12 до 18 %, а гравелисто-ще-бенчатая часть составляет в агломерате 1920 %. При этом отмечается незначительное содержание (2-3 %) мелких обломков слабых каменных материалов (опоки и рыхлого железистого песчаника). В таком составе отсевы могут быть использованы при дорожном строительстве, поэтому уделяется достаточное внимание данным, характеризующим их гранулометрический и петрографический состав.
Обломки камня представлены плотным кремнистым песчаником светло-серого цвета со слабыми желтоватыми, розоватыми и голубыми оттенками, имеются участки, окрашенные в буровато-желтый цвет. В крем-
Таблица 2
Результаты гранулометрического анализа агломератов
Участок работ Процентное содержание частиц, мм Количество некремнистых обломков, %
щебень и гравий песчаных частиц пылеватых частиц 0,05-0,005 глинистых 0,005
30-20 20-2 2-0,5 0,5-0,25 0,25-0,05
1 площадка 17,2 11,7 2,7 1,7 7,7 1,7 0,2 2,9
2 площадка 9,5 12,6 3,6 3 11,6 2,2 0,3 -
3 площадка 15,5 13,5 4,0 2,5 11,5 5,3 0,4 -
4 площадка 17 8,3 3,7 2 9,3 1,7 0.2 -
нистой массе обнаруживаются включения в виде тонких ветвистых трубочек, заполненных однородным веществом по цвету и составу схожим с вмещающей кремнистой массой породы.
Очевидно, эти включения представляют собой окремнелые стебли древних растений. Нередко встречаются тонкие трубочки без заполнителя, т. е. в виде цилиндрических пустот, образовавшихся вследствие более легкого разрушения наполнителя при выветривании. В этом случае стенки пустот часто бывают покрыты железистой пленкой. На некоторых обломках камней видны мелкие пустоты чечевидной, миндалевидной и других форм.
Прочность этого каменного материала обусловливается химико-минералогическим составом и структурными особенностями подобного рода кремнистых пород.
Под микроскопом видно, что кремнистый (сливной) песчаник маломинеральный, т. е. в основной массе состоит из мелких (от 0,05 до 0,06 мм) хорошо окатанных, реже -угловатых зерен кварца и единичных зерен темных минералов. На долю тяжелой фракции минералов приходится 0,3 % (лимонит, дистен, гиперстен, турмалин, рутил, циркон,
Физико-механические свой Алексеевского
слюда и др.), а на долю легкой - 99,7 % и состоит она целиком из зерен кварца с единичными зернами плагиоклаза. Поверхность зерен кварца корродированна, вследствие чего они разобщены.
Сцементированы зерна крепким цементом типа нарастания, т. е. вокруг зерен кварца расположена тонкая оторочка халцедона. Иногда между халцедоновой строчкой и зернами кварца обнаруживается тонкая корочка опала. Видимо, первоначальный аморфный кремнезем почти целиком раскриста-лизован. На долю зернистой части породы приходится около 80 %, а остальную часть составляет цемент, представленный микрозернистым волокнистым кремнистым веществом (халцедон и редко опал) с небольшим количеством глинистого вещества.
По результатам химического анализа вещественный состав кремнистого песчаника характеризуется следующими показателями: SiO2 - 96-98 %, А1203 около 1-1,5 %, Fe2Oз - 0,1-0,25 %, SOз около 0,2-0,3 %, СаО - 0,2-0,5 %, MgO - 0,01-0,2 %. Потеря при прокаливании 0,2-1,8 %.
Крупные отдельности кремнистого песчаника подверглись лабораторным испытаниям (табл.3).
Таблица 3 ;тва кремнистого песчаника месторождения
Лабораторные испытания Образцы из шурфов
№ 3 №16 А № 18 А № 19 А № 51 А
удельный вес, г/см3 2,56 2,53 2,56 2,53 2,53
объемный вес, г/см3 2,52 2,47 2,51 2,40 2,44
пористость, % 1,18 2,37 1,95 5 3,56
водопоглощение по весу, % 0,52 0,62 0,59 0,61 0,46
прочность при сжатии в сухом состоянии, кг/см2 937 450 1179 585 551
прочность при сжатии в состоянии водонасыщения, кг/см2 817 430 1010 550 500
сохранность при 5-кратном насыщении сернокислым натрием признаков разрушения не наблюдается
износ в барабане Деваля, % 6,4 6,8 6,0 6,5 7,1
цементирующая способность, с 47-49 45-48 46-49 43-45 42-46
Принимая во внимание совокупность всех физико-механических свойств, с учетом генезисов, камень Алексеевского месторождения может быть отнесен к III группе 1 и 2 класса (согласно Техническим условиям на основные дорожно-строительные материалы).
В соответствии с требованиями, предъявляемыми Техническими условиями на сооружение автомобильных дорог и мостов, песчаник может быть использован на щебенчатые покрытия. При этом следует учитывать его низкую цементирующую способность. Такого рода щебень пригоден при строительстве дороги в районе с избыточным увлажнением при слабом движении.
В случае применения щебня для асфальтового бетона и для покрытий, обрабатывае-
мых органическим вяжущим материалом, следует предварительно установить способность сцепления щебня с применяемым битумом и дегтем.
С успехом может быть использован агломерат и при устройстве булыжной мостовой, в подтверждение этого положения можно лишь отметить, что в Хвалынском районе такие месторождения встречаются часто.
Пригоден каменный агломерат Алек-сеевского месторождения и для устройства каменных дорожных покрытий. Кроме того, более крупный камень широко может быть использован для укрепительных работ (кюветов, откосов и русел), для бутовой кладки и бутобетона.
Л ит ер ат у ра
1. Атлас Саратовской области. - М.: "АСТ-Пресс "Картография", 2003.
2. Мизинов Н.В. Минерально-сырьевая база строительных материалов Саратовской области и перспектива ее расширения. - Саратов: изд-во Сарат. ун-та, 1977.
3. Шиндяпин П.А. Дорожно-строительные материалы 28-ми районов Саратовской области. -Саратов: САДИ им. В.М. Молотова, 1940.
4. Шиндяпин П.А. Дорожно-строительные материалы 19-ти южных районов Саратовской области. - Саратов: САДИ им. В.М. Молотова, 1943.
5. ГОСТ 23735-79. Смеси песчано-гравийные для строительных работ. Технические условия.
