Планирование городов и геология

Планирование нового города необходимо вести с учетом природных условий, руководствуясь стремлением органически вписать его в окружающую среду. Желательно, чтобы место, выбранное для закладки города, было благоприятным в топографическом и геологическом отношениях.

Прежде чем детально рассматривать геологические аспекты городского и регионального планирования, целесообразно кратко остановиться на самых очевидных условиях местности, которые могут на него повлиять. Несомненно, что в проекте городского центра следует учесть особенности развитого на его территории ландшафта, а требования регионального плана необходимо согласовать с основными особенностями окружающей среды. Очень важно по возможности обращать внимание на геологические условия при закладке фундаментов, на бережное отношение к сельскохозяйственным угодьям и сохранение всего облика ландшафта в первозданном виде.

Следует рассмотреть и такие геологические в своей основе вопросы, как осушение территории и обеспеченность водой и строительными материалами. В частности, необходимо предусмотреть, чтобы разработка строительных материалов (особенно песка и гравия), которые залегают под намеченной к застройке территорией, была проведена до застройки. Иными словами, уже на самых ранних стадиях оценки осваиваемой площади возникает насущная потребность взглянуть на то, что располагается ниже ее поверхности; это — важное обстоятельство для планирования.

Рассмотрим в качестве примера освоение пойменных территорий, непосредственно примыкающих к руслам рек, т. е. мест, которые издавна считались идеальными площадями для застройки. Здесь обычно распространены самые молодые аллювиальные отложения, залегающие, как правило, на вполне поддающихся оценке глубинах. В период разливов рек поймы иногда затапливаются, но из-за постоянной изменчивости речных русл это происходит не каждый год.

В поймах некоторых рек наводнения вообще очень редки, однако достаточно лишь одного разлива вод, чтобы нанести осваиваемой территории огромный ущерб. Впрочем, на основе метеорологических, гидрогеологических и геологических исследований нетрудно с достаточной точностью предсказать возможность затопления поймы и даже определить его сроки. Форма и ширина поймы определяются общей топографией региона, уклоном реки, ее годовым расходом, особенно сезонными изменениями, а также количеством наносов, переносимых речным потоком. Поэтому пойма является естественным элементом ландшафта, важной составной частью речной системы.

Хотя поймы представляются весьма привлекательными для развития городов, строительство на них сопряжено с решением ряда проблем, не связанных с постоянной угрозой затопления. Например, всегда затруднительна и потому сопряжена со значительными расходами закладка фундаментов на пойменных грунтах. При рытье котлованов под фундаменты неизбежна откачка грунтовых вод; сами фундаменты в связи с высоким уровнем вод должны обладать достаточной водонепроницаемостью, а в ряде случаев — способностью противостоять гидростатическому напору. Затруднено устройство и всех вспомогательных гидротехнических сооружений, таких, как канализация и водопровод, поскольку не исключено, что в периоды наводнений они окажутся ниже уровня подземных вод. Все перечисленные особенности строительства на поймах способствуют его значительному удорожанию, сводя на нет преимущества территорий. Пойменные отложения нередко представлены рыхлыми песками и суглинками, очень не выдержанными по вертикали и по горизонтали, что определяет большую изменчивость возможных оснований под фундаменты. Неизменно высокая влажность отложений, их естественная способность быстро выклиниваться и изменяться по простиранию требуют особых мер предосторожности при проектировании фундаментов.

Помимо трудностей, связанных со строительством, сами поймы отличаются неблагоприятными микроклиматическими особенностями, которые обусловлены высоким уровнем грунтовых вод и типом почвы, слагающей поверхностный слой. Здесь обычны низкие туманы и высокая влажность воздуха. С другой стороны, наличие аллювиальных почв делает пойменные земли весьма перспективными для сельского хозяйства; в этом случае высокий уровень грунтовых вод является благоприятным фактором. Впрочем, поскольку развитие сельскохозяйственных угодий нередко препятствует росту городов, целесообразно отводить эти площади под парки и зоны отдыха *. При таком использовании пойменных земель, наиболее подходящем с геологической точки зрения, их случайное затопление обходится без серьезных последствий. Более того, если наносы, принесенные рекой, превращаются в плодородные почвы, то затопление пойм способствует непрерывному росту луговых трав и другой полезной растительности. Как известно, подобное использование пойменных земель по берегам Нила на протяжении веков приносит огромную выгоду Египту.

Любопытно, что в Центральной ЕвроПе средневековые строители, как правило, избегали закладки городов на поймах. Они не без оснований опасались наводнений и, кроме того, хорошо осознавали трудности строительства на водонасыщенных грунтах вблизи рек. Старые кварталы древних городов Европы обычно расположены на возвышенных участках, образованных речными террасами, т. е. значительно выше отметок затопления. Эта мудрая практика не опиралась на сознательное применение геологии, но, по существу, использовала ее по принципу «здравого смысла». К сожалению, в последующие годы от нее совершенно отказались. Как показывает изучение роста европейских городов, со второй половины прошлого столетия под влиянием стихийных тенденций в процессе урбанизации интенсивное строительство переместилось на поймы.

Это видно на примере даже такого крупного города, как Прага. К концу XIX в. берега реки Влтавы были полностью использованы под застройку. Вдоль берегов с целью защиты прилегающих земель от размыва были построены высокие набережные. В результате на некоторых участках река фактически превратилась в канал. Под защитой набережных, несмотря на слабость грунтов как оснований под фундаменты, происходила интенсивная застройка самих берегов. Прошли десятилетия, и теперь выяснилось, что ряд построенных таким образом домов находится в такой близости от реки, что препятствует целесообразному развитию транспорта. Кроме того, вследствие столь необдуманного освоения реки нарушен красивый естественный вид речных берегов, а многие районы города, имеющие историческую ценность, заслонены более поздними постройками.

Известны и другие примеры того, как в конкурентной борьбе за городские земли была забыта старая практика сохранения первозданного облика речных берегов, та самая практика, целесообразность которой в наши дни подтверждает геология. Однако только в самое последнее время необходимость охраны речных пойм от беспорядочной застройки стала очевидной наряду с другими основными принципами разумного проектирования городов, где бы оно ни осуществлялось. Итак, мы вправе говорить о том, что постепенно выявляется наиболее правильный путь использования речных пойм в городском строительстве — сочетание строгого геологического анализа с опытом предшествующего строительства.

Последнее обстоятельство следует принимать во внимание и при освоении земель на склонах. На топографических картах нетрудно показать угол наклона таких участков, но невозможно точно отразить характер изменения их наклона. В районе Лондона, например, уклоны местности практически отсутствуют, поскольку естественный наклон лондонских глин не превышает 9°, что не вызывает здесь никаких затруднений при строительстве [10]. Если же геология осваиваемого района изучена столь же тщательно, как и топография, то нередко становится очевидной необходимость обратить самое пристальное внимание и на устойчивость склонов с тем, чтобы избежать значительных осложнений. Так, на юге Скандинавии и на востоке Канады часты случаи, когда склоны, представляющиеся вполне устойчивыми, подстилаются весьма чувствительными морскими глинами; последние обладают не приятным для строителей свойством растекаться под нагрузкой (из-за некоторых особенностей внутренней структуры). Кроме того, иногда выясняется, что склоны, которые представляются устойчивыми, в действительности есть не что иное, как поверхности древних оползней в этих трудных для освоения глинах. Впрочем, такие погребенные оползни легко обнаружить путем геологического дешифрирования аэрофотоснимков местности.

Точно так же обстоит дело с крутыми склонами, сложенными коренными породами. Их обнажения обычно хорошо видны даже на топографических картах. При этом любого, кто хоть как-то связан с геологией, выходы коренных пород наведут на мысль о том, что поверхностный слой вблизи них может оказаться маломощным. Тем не менее отмечено немало примеров, когда это вполне очевидное обстоятельство проходило незамеченным. Известны, например, случаи, когда планы разбивки городских улиц, водопроводной и канализационной сетей составлялись без учета того, что земляные работы придется вести в коренных породах. Иногда такие планы даже осуществлялись, но, естественно, с излишними хлопотами и дополнительными расходами. Крутые сложенные коренными породами склоны возвышенностей зачастую представляют собой последние реликты первоначального ландшафта. Поэтому желательно по возможности сохранить их в неприкосновенности в качестве характерных элементов городского пейзажа.

В то же время не вызывает сомнения то обстоятельство, что при интенсивном развитии городского строительства некоторые выходы коренных пород заведомо придется разрушить. Во избежание ненужных осложнений в соответствующих условиях необходимо заранее подумать о получении точной геологической характеристики этих пород.

Еще раз сошлемся на пример Праги. В геологическом отношении этот древний город представляет собой исключительно интересный район, в котором можно наблюдать, какое влияние оказывает геология на строительство города. Некоторые крутые склоны в городе сложены сланцами ордовикского возраста. Их устойчивость контролируется условиями залегания пластов относительно склона. В тех случаях,  когда улицы прокладывались параллельно простиранию пластов, падающих в сторону склона, равновесие пород на склоне легко нарушалось строительными работами, что вызывало скольжение сланцев вдоль плоскостей напластования. Обрушения такого рода происходили в результате подрезания склона для расширения дорог и даже при рытье траншей для прокладки канализационных труб. В северо-восточной части Праги при строительстве дорог, глубоко врезавшихся в склоны холма параллельно простиранию пластов, происходили большие оползни, нередко ломавшие подпорные стенки [11]. Таких последствий можно избежать, если прокладывать улицы вкрест простирания пород. Но для этого необходимо детально знать геологию района. Наличие геологических данных при планировании облегчает проведение земляных работ и позволяет избегать обвалов и оползней на склонах холмов. Чем круче залегают пласты горных пород, тем более детальной должна быть геологическая съемка до завершения планирования.

Фиг. 3.10. Схема, показывающая, как наклонное залегание пластов воздействует на инженерные сооружения.

Если в районе планируемых работ имеются заброшенные песчаные или гравийные карьеры, их можно показать на топографической карте просто как локальные депрессии. Иногда растительный покров настолько густой, что лишь тщательное исследование грунта при одновременном изучении истории экономического развития района позволяет обнаружить старые выработки. Все они должны стать объектами детальных геологических исследований с целью их эксплуатации в будущем. Однако знание геологического строения таких районов поможет целесообразно использовать старые выработки при общей застройке территории, а не считать их лишь преградами для прокладки современных первоклассных улиц. В некоторых районах, в особенности там, где коренные породы представлены известняком, встречаются заброшенные подземные выработки. В последующих главах мы остановимся на эффективном использовании таких вырытых человеком пещер после изучения пород, в которых они пройдены.

В районах, где широко развиты известняки, встречаются естественные подземные пещеры, признаки которых почти не выражены на поверхности. Эти пещеры образуются в результате медленного выщелачивания известняка просачивающимися подземными водами. Если пещеры выходят на поверхность, они создают карстовый рельеф. Термин «карст» происходит от названия горного хребта в Югославии, который расположен вблизи одного из наиболее известных районов развития карстового рельефа, характеризующегося изрытой замкнутыми котловинами поверхностью. Аналогичное явление происходит в тех случаях, когда в коренных породах присутствует гипс. По одним только наблюдениям на поверхности Земли очень трудно судить, насколько распространены такие пустоты, но обычная геологическая разведка позволяет опытному специалисту определить степень связанного с ними риска. Из фиг. 3.12 видно, насколько сложно выбирать место для строительства даже отдельных зданий в таких районах. На карте изображено место расположения ТЭЦ для отопления курорта в восточной Моравии (Центральная Европа). Установлено, что первоначально предложенное для ТЭЦ место (а) находится непосредственно над несколькими карстовыми пещерами. Скважины, пробуренные при повторном выборе места (б), также обнаружили большие подземные пустоты. Если бы не проведенные исследования, фундамент здания оказался бы непосредственно над этими пустотами. Было выбрано третье место (в), но и оно оказалось таким, что пришлось перекрыть железобетонными плитами зияющие трещины в девонском известняке. Только после этого строительство ТЭЦ было успешно завершено.

Фиг. 3.12. Восточная Моравия, Чехослозакия. Выбор места расположения теплоцентрали на основе исследования нескольких участков. Обозначения а, б и в указаны в тексте.

Выщелачивание подземными водами соляных пластов, залегающих в коренных породах, при соответствующих геологических условиях может вызвать значительное опускание земной поверхности. По истечении длительного времени растительность скрывает истинное происхождение депрессий. Если не учитывать геологических факторов, то такие депрессии могут быть не выявлены при планировании и появится реальная опасность для строящихся сооружений. В некоторых районах ФРГ пришлось неоднократно переносить местоположение многих населенных пунктов из-за провалов земной поверхности, вызванных растворением подстилающих здания пластов соли. Разломы и крупные разрывы сплошности коренных пород также могут быть завуалированы на поверхности. Вместе с тем они образуют ослабленные зоны, которых следует избегать при строительстве капитальных зданий. Разломы выявляются тщательными геологическими исследованиями района планируемых работ. Даже такой простой процесс, как дренаж, который, казалось бы, полностью связан с рельефом местности, определяется внешне скрытыми геологическими факторами.

Фиг. 3.11. Куйлинь, провинция Куанси, Южный Китай. Карстовый рельеф, иллюстрирующий расчлененность поверхности известняков, перекрытых рыхлыми отложениями.

Все сказанное заставляет нас прийти к следующему выводу. При планировании города или района площадь, намеченную к застройке, нельзя уподоблять чистому листу бумаги, на котором возможна материализация любых идей строителя. Это часть окружающей среды, которая в течение длительного периода подвергалась воздействию различных естественных факторов. Современная поверхность Земли образовалась в результате взаимодействия сложных геологических, гидрогеологических, климатических и других процессов, знание которых помогает понять тенденции ее изменений в будущем. Планирование и строительство новых городов немыслимы без учета основных особенностей органического мира и динамики природы. Только при этих условиях человеческая деятельность будет гармонично вписываться в окружающую среду и не нарушит ее биологическое равновесие. Сохранение природных условий и продуктивных возможностей региона для будущих поколений является основным требованием комплексного планирования, которым следует руководствоваться при любых строительных работах. Как прозорливо сказал Фрэнсис Бэкон почти четыре столетия назад: «Чтобы управлять природой, надо ей подчиняться».

«Подчинение природе» — таким девизом обязана руководствоваться любая планирующая организация. Уже сейчас многое достигнуто именно благодаря такому подходу. Мы отнюдь не намерены утверждать, что при строительстве новых городов геологией всегда полностью пренебрегали. При совместной работе многие инженеры и архитекторы сознательно или неосознанно стремятся охватить все характерные особенности местности. Часто, даже не упоминая слова «геология», они инстинктивно учитывают геологические условия. Как будет показано ниже, значительные успехи уже достигнуты в результате использования одного регионального геологического картирования. Но это только начало широкого использования геологии; в будущем же оно, несомненно, станет характерной особенностью любого планового строительства.

Сейчас изданы руководства и книги, авторы которых уделяют внимание геологии как дисциплине, способствующей успешной совместной работе архитекторов и инженеров-строителей. Например, в 1969 г. Макхарг, возглавляющий кафедру пейзажной архитектуры и регионального планирования Пенсильванского университета, опубликовал книгу под названием «Проектируйте вместе с природой» [12], в которой нашли отражение новые тенденции в планировании. Этой интересной книге предпослано предисловие Мамфорда. Автор на ряде ярких примеров, взятых из собственной практики, показал, как следует использовать геологию в процессе планирования. Проектирование вместе с природой — девиз творческой деятельности профессора Макхарга, разработавшего новую методику составления генеральных планов. На отдельные карты наносятся все наиболее важные элементы комплексного плана работ в районе. Это позволяет, наложив карты друг на друга, выявить возникающие противоречия. В книге немало хорошо выполненных графических приложений, особенно цветных, дающих четкое представление о наиболее целесообразном разделении территории под городское строительство, места отдыха и заповедники.

Макхарг выделяет две группы факторов, определяющих рациональное планирование: геоморфологические препятствия и социально-экономические ценности. Первая включает рельеф, дренаж, коренные породы и грунты, вторая — исторические достопримечательности, растительный и животный мир, жилой фонд. На примере острова Статен автор дает иное подразделение основных факторов, к которым относит климат, геологию, геоморфологию, гидрологию, почвоведение, растительность, животный мир и землепользование. Объясняя особое положение, которое занимает остров Статен, Макхарг говорит: «Этим особым положением остров обязан геологической истории. Его основание образуют силурийские кристаллические сланцы, а небольшой Висконсинский ледник в плейстоцене оставил свои следы в виде характерных признаков конечной морены. Здесь находятся ледниковые озера, океанские песчаные пляжи, реки, болота, леса, древние песчаные дюны и даже острова-спутники». И далее: «Поверхность острова сформировалась под действием плейстоценового оледенения. Климатические процессы постоянно видоизменяли геологические образования, что определило геоморфологию, дренаж и распределение почв». Из приведенных отрывков хорошо видно, какое значение придает геологии этот выдающийся специалист в области регионального планирования.

Следует напомнить, что главная мысль его замечательной книги, столь хорошо выраженная в емком названии «Проектируйте вместе с природой», справедлива для любых районов. Однако такой подход к планированию приветствуется не всеми, что можно понять из следующего критического замечания Макхарга: «...основным критерием для освоения любой территории является экономика, и если какое-либо использование земли вызывается экономическими интересами общества, оно осуществляется, невзирая на физические особенности территории. Если же отсутствует экономическая необходимость, то самые удобные для освоения земли планеты не вызовут желания их использовать» [13]. По мнению некоторых авторов, решение об освоении территории должно основываться на экономических и политических факторах. Именно этими соображениями излишне часто руководствовались в прошлом. Разумеется, упомянутые факторы и соображения необходимо принимать во внимание. Однако, учитывая печальный опыт застройки новых районов во многих развивающихся городах и их неминуемое расширение в будущем, мы вправе утверждать: планирование, игнорирующее природные условия, в конце концов вызовет такие изменения окружающей среды, о которых нельзя думать без сожаления, граничащего со стыдом. При планировании городов геологии и другим смежным наукам необходимо уделять должное внимание. Это поможет избежать катастрофических последствий и позволит вносить лишь те изменения в окружающую среду, которые направлены на повышение уровня жизни и способны вызвать чувство законной гордости. Планирование, проведенное с учетом геологических условий, как правило, сокращает расходы на строительство. Это обстоятельство убедит даже самых ярых противников в целесообразности предварительных геологических исследований районов застройки.

* Сошлемся на великолепный пример парков и зон отдыха в Киеве. — Прим. перев.