CC BY
32
УДК 624.1
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗАГЛУБЛЕННЫХ И ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ
л __ о
А.В. Безруков1, Д.В. Орешкин2
Московский государственный строительный университет, 129337, Россия, г. Москва, Ярославское шоссе, 26.
При разработке стратегии использования подземного пространства принципиальное значение имеет анализ его геоэкологического состояния. Специфическая агрессивная среда, формирующаяся в подземном пространстве, способствует развитию биологической коррозии и коррозии других видов. При освоении подземного пространства мегаполисов в условиях ухудшения экологической ситуации особое внимание должно быть уделено проблеме выбора строительных материалов. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: геоэкологические проблемы; подземные сооружения; строительные материалы; биокоррозия.
GEOECOLOGICAL SAFETY OF BURIED AND UNDERGROUND BUILDING STRUCTURES A.V. Bezrukov, D.V. Oreshkin
Moscow State University of Civil Engineering, 26 Yaroslavskoe Shosse, Moscow, 129337, Russia.
Analysis of geoecological condition of underground space is of fundamental importance when developing its application strategy. Specific aggressive environment of the underground space contributes to the development of biological and other types of corrosion. When developing megacity underground space in the presence of environment deterioration, particular attention should be paid to the problem of building material selection. 9 sources.
Key words: geoecological problems; underground structures; building materials; biocorrosion.
Геоэкологические проблемы городов весьма разнообразны и определяются, с одной стороны, природной обстановкой, а с другой - планировочными решениями и их реализацией при застройке и эксплуатации городских территорий. Также правомерно говорить о некоторых общих тенденциях изменения геоэкологической обстановки природной территории по мере ее трансформации кварталами городской застройки и частными воздействиями, свойственными только тем или иным природным условиям застройки, тому или иному городу.
В качестве наиболее общих тенденций изменения геоэкологических условий можно рассмотреть некоторые композиции.
Изменение водного баланса между поверхностными, грунтовыми и глубокими подземными водами. Наиболее обычным его следствием является повышение уровня грунтовых вод, вызываемое двумя однонаправленными процессами: заменой естественного почвенного покрова застроенными и заасфальтированными территориями, что практически исключает из водного баланса испарение с поверхности почвы, и протечкой водопроводных и канализационных систем, круглогодично обеспечивающих возможность восполнения ресурсов грунтовых вод. Оба эти обстоятельства, в сочетании с планировкой территории, полной
или частичной ликвидации естественных дрен, приводят к подъему зеркала грунтовых вод, подтапливанию оснований и фундаментов зданий и сооружений, снижению несущей способности грунтов основания и, как следствие, деформации, а в критических ситуациях -разрушению зданий и сооружений. В случаях, когда на территории города производится промышленная эксплуатация глубоких горизонтов подземных вод и возникает адекватная депрессионная воронка, при условии постоянного восполнения грунтового водоносного горизонта, о чем сказано выше, усиливается инфильтрация грунтовых вод в глубокие горизонты. Этот процесс активизации вертикального движения подземных вод сопровождается развитием процессов суффозии (выноса тонкоземистого материала) или карста (растворения и выщелачивания карбонатного материала известняков с образованием карстовых полостей).
Изменение теплового баланса вызвано совокупностью многих причин, включая изменение альбедо подстилающей поверхности, представленной на преобладающей площади с асфальтовыми покрытиями и кровлями зданий, степени их освещенности и затененности в условиях многоэтажной застройки, сброса тепла ГРЭС, ЦЭС, транспорта, зданий, канализационных стоков и горячей воды при протечках в системах теплоснабжения.
1Безруков Алексей Владимирович, аспирант, e-mail: [email protected] Bezrukov Aleksei, Postgraduate, e-mail: [email protected]
2Орешкин Дмитрий Владимирович, доктор технических наук, зав. кафедрой строительных материалов, e-mail: [email protected]
Oreshkin Dmitry, Doctor of technical sciences, Head of the Department of Building Materials, e-mail: [email protected]
Изменение температурного режима подземного пространства в основании города вследствие изменения теплового баланса поверхности и непосредственного влияния зданий, сооружений и городских коммуникаций.
Изменение геодинамической ситуации, вызванное дополнительной неравномерной пригрузкой поверхности за счет привнесенных масс материалов строительных конструкций в пределах территории города. Этот фактор дополнительной пригрузки может сопровождаться также одновременной откачкой подземных вод в случае их использования для питьевых или технических целей. Как следствие, на фоне общего опускания поверхности городов (под действием изостатических сил и изъятия подземных вод из поро-вого пространства горных пород основания города) активизируются местные, очаговые оползневые и со-лифлюкционные процессы, способные в условиях городской застройки привести к деформации зданий и коммуникаций [1-4].
В настоящее время многим городам присуща перенаселенность. Им не хватает места для дорог, парковок, размещения объектов инфраструктуры: школ, больниц, гаражей, автостоянок для личного транспорта, магазинов, складов, необходимых сооружений гражданской обороны. Кроме того, нормальное функционирование города связано с расширением сетей инженерных коммуникаций различного назначения, для прокладки которых также требуется землеотвод значительных площадей [1; 2].
Мировой опыт градостроительства свидетельствует о том, что одним из наиболее эффективных путей решения упомянутых проблем является комплексное освоение подземного пространства, в котором возможно размещение сооружений самого различного назначения, удовлетворяющих потребностям городского хозяйства [1; 2].
Строительство многоуровневых подземных автостоянок и гаражей позволит решить проблему нехватки машиномест для личного и общественного автотранспорта. По сравнению с наземным вариантом размещения указанных сооружений, подземные объекты требуют более высоких капиталовложений, отличаются более сложной технологией строительства. Они могут потребовать дополнительных мероприятий для защиты окружающей застройки от своего неблагоприятного влияния: дополнительные осадки, крены и т.п. [3; 4]. Такие сооружения имеют более высокие требования для используемых строительных материалов [5-9], по контролю за состоянием соседних зданий и сооружений в период строительства нового объекта более сложны в эксплуатации.
Известно, что несомненным преимуществом подземных сооружений является возможность их размещения в центральных районах города, где сосредоточено большое количество населения, но недостаточно парковочных мест для личного автотранспорта. В центре города ощущается высокая потребность в предприятиях торговли и развлечений, расположенных вблизи жилого фонда. В этих районах уже имеется сложившаяся инфраструктура и объекты городского
хозяйства, есть близость к рабочим местам и, самое главное, - возможность использования свободных от застройки площадей без изменения их назначения (площади, улицы, дворовые территории, парки, скверы и даже пространства под природными водотоками и техногенными водоемами) [1-4].
Тем не менее подземные сооружения, заглубление которых составляет более 10 м, получают статус уникальных и требуют ответственного подхода к их проектированию, строительству и эксплуатации. Связано это с тем, что подземные сооружения возводятся в условиях плотной городской застройки, оказывают значительное влияние на целостность окружающих зданий и инженерных коммуникаций. Аварийные ситуации в процессе их строительства или эксплуатации могут иметь серьезные последствия. В связи с этим устройство подземных сооружений сопряжено с необходимостью выполнения ряда важных требований. К ним относятся:
1. Изучение инженерно-геологического строения и свойств грунтов вмещающего грунтового массива, составление прогнозов изменения гидрогеологической обстановки современными расчетными методами с учетом влияния на близлежащие объекты уровня подземных вод относительно естественных положений, необходимость детального обследования близлежащих зданий и коммуникаций для определения состояния их строительных конструкций, необходимость значительного увеличения площади, объема и детальности изысканий по сравнению с требованиями действующих нормативных документов.
2. Обеспечение сохранности и нормальных условий эксплуатации окружающих объектов, особенно памятников исторического и культурного наследия, определение предельно-допустимых деформаций для их конструкций с учетом изменения напряженно-деформированного состояния грунтового массива, вмещающего строящееся подземное сооружение и представляющего основание существующих зданий и коммуникаций в зоне влияния нового строительства.
3. При строительстве и эксплуатации подземных сооружений особое значение приобретает их защита от подземных вод, особенно для объектов, где постоянно находятся люди (торговые учреждения, кафе, кинозалы и т.п.). В процессе строительства необходимо защищать строительные котлованы от притока подземных вод путем применения средств водоотвода или водопонижения, создания водонепроницаемых ограждающих конструкций типа «стена в грунте», а при эксплуатации - путем устройства постоянного внешнего дренажа или применения надежной гидроизоляции.
При разработке плана использования подземного пространства принципиальное значение имеет анализ его геоэкологического состояния. При этом в ходе геоэкологической оценки подземного пространства необходимо рассматривать совокупность и взаимную обусловленность процессов трансформации лито-, гидро-и биосферы под воздействием инженерных работ, функционирования наземных и подземных сооружений с учетом особенностей их строительства и экс-
плуатации при возможном изменении напряженно-деформированного состояния, термо- и гидродинамической обстановки массивов горных пород, периодического или постоянного их загрязнения, в том числе и при биологических процессах и воздействиях.
Основными предпосылками для обоснования экологической концепции освоения подземного пространства городов должны служить следующие положения:
1. Создание для человека в городском подземном сооружении наиболее комфортных условий труда, отдыха и передвижения.
2. Строительство и эксплуатация подземных сооружений не должны наносить материальный и эколо-го-социальный ущерб городской инфраструктуре.
3. Размещение в подземном пространстве объектов, которые могут вызывать отрицательное воздействие на окружающую среду, не должно сопровождаться дополнительным его загрязнением (за счет захоронения отходов).
Прогрессирующее ухудшение экологической обстановки в подземном пространстве города сопровождается не только негативной трансформацией состояния и свойств грунтов, но и повышением уровня агрессивности подземной среды по отношению к строительным материалам, используемым в подземных конструкциях и инженерных коммуникациях.
Специфическая агрессивная среда, формирую-
щаяся в подземном пространстве, способствует развитию биокоррозии. По данным современных микробиологических исследований, биокоррозия вызывается бактериями, грибами и актиномицетами, причем деятельность этих организмов в большинстве случаев сопутствует и усиливает химическое, электрохимическое и другие виды коррозионного разрушения материалов.
Известно, что 50% всех потерь от коррозии подземных сооружений на городских территориях происходит за счет биокоррозии. Этому виду коррозии подвержены бетоны, железобетоны и металлические конструкции, используемые для строительства подземных сооружений. Важно отметить, что биодеградация строительных материалов не учитывается действующими строительными нормами.
Таким образом, при освоении подземного пространства мегаполисов в условиях нарастающего ухудшения экологической ситуации особое внимание должно быть уделено проблеме выбора строительных материалов, устойчивых в условиях высокой агрессивности среды и обеспечивающих надежность эксплуатации подземных сооружений и коммуникаций. Этого можно достигнуть за счет повышения изоляционных свойств материала, в том числе и водонепроницаемости, уплотнения его структуры.
Статья поступила 26.09.2014 г.
Библиографический список
1. Проблема использования городских нарушенных территорий / А.Д. Потапов, И.М. Сенющенкова, О.О. Новикова, Е.А. Гудкова // Вестник МГСУ. 2012. № 9. С. 197-203.
2. Потапов А.Д., Потапов И.А. Инженерно-геологические или геоэкологические процессы и явления, их развитие в современности // Вестник МГСУ. 2012. № 9. С. 43-49.
3. Ильичев В.А. Руководство по комплексному освоению подземного пространства крупных городов / В.А. Ильичев [и др.]. М., 2004.
4. Дашко Р.Э., Норова Л.П., Руденко Е.С. Эволюция геоэкологического состояния подземного пространства Санкт-Петербурга // Разведка и охрана недр. 1998.
5. Орешкин Д.В. Проблемы строительного материаловедения и производства строительных материалов // Строительные материалы. 2010. № 11. С. 6-8.
6. Орешкин Д.В. Материаловедческие аспекты геоэкологической безопасности при строительстве скважин // Вестник МГСУ. 2009. № 2. С. 105-110.
7. Орешкин Д.В. Облегченные и сверхлегкие цементные растворы для строительства // Строительные материалы. 2010. № 6. С. 34-37.
8. Урецкая Е.А., Батяновский Э.И. Сухие строительные смеси: материалы и технологии: науч.-практ. пособие. Минск: Изд-во НПООО «Стринко», 2001.
9. Гапоненко А.В. Общая экология: курс лекций. М., 2006.
