CC BY
88
УДК 624.131
Н.П. Куранов, П.Н. Куранов*, Д.Г. Коротеев*
НПО «ВОДГЕО», *ЗАО «ДАР/ВОДГЕО»
МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА НОРМ ОСУШЕНИЯ ПРИ ИНЖЕНЕРНОЙ ЗАЩИТЕ ОТ ПОДТОПЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
Дан анализ нормативно-технической литературы по строительству, отмечено отсутствие в ней механизмов расчета уровней грунтовых вод, обеспечивающих защиту объекта в течение нормативного срока эксплуатации. Предложена методология расчетов норм осушения и допустимого уровня грунтовых вод на основе теории риска, а также конкретная методика данных расчетов, отражены результаты таких расчетов, анализ которых показывает многовариантность поставленной задачи и ее решения. Предлагаемая методология позволяет решать целый ряд насущных проблем, связанных с подтоплением локальных объектов на градопромышленных территориях.
Ключевые слова: норма осушения, допустимый уровень, грунтовые воды, подтопление, инженерная защита
В последние годы в отечественной [1—14] и зарубежной научной литературе [15—20] и нормативной документации1, 2 обозначилась тенденция использования теории риска при оценке вредного воздействия подтопления на здания, сооружения и промышленные территории различного функционального назначения. Требования государственных стандартов, строительных правил3 предписывают проводить «оценку уровня опасного воздействия в пределах территории существующего или прогнозируемого подтопления» (п. 10.1.83). При этом «принимаемые при проектировании защитных сооружений нормы осушения должны в каждом конкретном случае обеспечивать положение уровня подземных вод ниже критического уровня» (п. 10.2.63).
Отметим, что понятие критического уровня грунтовых вод используется в научной литературе давно, однако, смысл этого понятия разными авторами трактуется по-своему. На качественном уровне оценки негативного воздействия подтопления зданий, сооружений, территорий населенных пунктов различие в трактовках этого понятия оказывается несущественным, однако для количественных оценок нормы осушения в приведенной выше редакции строительных правил необходимо конкретизировать понятие критического уровня залегания грунтовых вод. Для этого воспользуемся некоторыми установившимися положениями, вытекающими из теории риска.
1 Расчеты безопасного положения уровня грунтовых вод при проектировании зданий, сооружений и систем инженерной защиты от подтопления. Справочное пособие к СНиП 22-02—2003. М. : Изд-во ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2012. 32 с.
2 ГОСТ Р 22.8.09—2014. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Требования к расчету уровня безопасности, риска и ущерба от подтопления градопромышленных территорий. М. : Стандар-тинформ, 2015. 42 с.
3 СП 116.13330.2012. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных геологических процессов. Основные положения. Актуализированная редакция СНиП 22-02—2003. М. : Минрегион России, 2012. 54 с.
В частности воспользуемся законодательно установленной классификацией уровней безопасности и риска природного и техногенного характера4. В отношении подтопления территорий, зданий и сооружений принята следующая классификация уровней безопасности [1, 2]: безопасный уровень подтопления; умеренный уровень безопасности подтопления; низкий уровень безопасности подтопления; критический уровень безопасности подтопления.
В рамках данной классификации уровней безопасности подтопления за критический уровень залегания подземных вод в районе того или иного локального объекта следует принять минимальную глубину залегания подземных вод, при которой обеспечивается безопасный уровень подтопления. Повышение грунтовых вод за отметку критического уровня переводит безопасный уровень подтопления к умеренно опасному уровню. При этом количественной мерой оценки уровня безопасности подтопления является доза вредного воздействия этого опасного процесса [1—5, 13, 14].
Поскольку глубина залегания критического уровня подземных вод является нормой осушения3, то расчеты нормы осушения в каждом конкретном случае сводятся к расчету границы перехода от безопасного уровня подтопления к умеренному уровню безопасности.
Расчеты безопасного положения уровня грунтовых вод при проектировании зданий и сооружений рекомендуется проводить в соответствии с [1], где подробно изложены алгоритмы расчета опасности подтопления через показатели опасности и уязвимости объекта через показатели уязвимости.
Доза негативного воздействия подтопления В оценивается по формулам [1]:
В = Хоп V уязв; (1)
^ оп = X 0; v уЯзВ = X ф , (2)
1=1 1=1
где 1 и V — коэффициенты опасности и уязвимости соответственно; 5 и
оп уязв т т '1
ф. — коэффициенты значимости каждого показателя опасности и уязвимости соответственно; а.5 и 6 — баллы, характеризующие степени опасности и уязвимости по каждому показателю в отдельности; 10 = п0 = 1/3 — нормирующие множители. При этом выделяются следующие показатели опасности подтопления: глубина залегания уровня грунтовых вод — а1; агрессивность грунтовых вод — а2; изменение свойств грунтов при подтоплении — а3; активизация наведенных опасных процессов — а
Показатель опасности подтопления а4 зависит от природных факторов, непосредственно влияющих на него при подтоплении территории. К ним относятся [1, 2] оползневые, карстовые, суффозионные и другие опасные геологические процессы, а также повышение сейсмичности территории.
4 О классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: Постановление Правительства РФ от 21 мая 2007 г. № 304. Собрание законодательства Российской Федерации, № 22, 28.05.2007, ст. 2640.
Показатели уязвимости объекта подтопления: урбанистический — Ьр геотехнический — Ь2; экологический — Ь3; эксплуатационный — Ь4.
В соответствии с рекомендациями [1—5] производится оценка степени опасности (а < 1 — малая; 1 < а < 2 — средняя; 2 < а < 3 — большая) и уязвимости (Ь < 1 — слабо уязвимая; 1 < Ь < 2 — уязвимая; 2 < Ь < 3 — весьма уязвимая), а также коэффициентов значимости каждого из показателей опасности (51 = 0,3; 52 = 0,2; 53 = 0,2; 54 = 0,3) и уязвимости (ф1 = 0,23; ф2 = 0,31; Фз = 0,23; ф4 = 0,23).
В частности, оценка степени опасности подтопления по глубине залегания грунтовых вод (показатель опасности а1) может быть дана на основании данных о значении коэффициента подтопления объекта [1]:
/4К ; при Кпоа1 < 0,75;
= { (3) '8 | 3; при КШЩ! > 0,75;
кпоят = 1 - Н-' (4)
Н пр
где Н — фактическая или прогнозная глубина залегания подземных вод в районе объекта; Нпр = Нф + 0,7Нк, Нф; Нф — глубина заложения фундаментов; Нк — высота капиллярного поднятия воды в грунтах.
Учитывая (3) и (4), получаем следующую зависимость для оценки коэффициента опасности 1 :
^ [0,4Кподт +С при Кподт < 0,75; оп I 0,3 + А,; при Кодт > 0,75; ()
1* = 3 (0,2а1Ь + 0,2аз5 + 0,3а45). (6)
При анализе уязвимости локального объекта по геотехническому показателю Ь2 указывается на его зависимость от проектного износа и рассматриваемого объекта и фактического износа объекта, характеризуемого коэффициентом износа Кизн. В случае равномерного проектного износа здания для каждой конкретной категории и применении массовых типовых решений коэффициент износа Кизн принимается равным 1. Найдем эту зависимость, исходя из данных, приведенных в табл. 1.
Приведенные в табл. 1 сведения позволяют рекомендовать для оценки геотехнического показателя уязвимости связь этих величин в следующем виде: ь _ /5КИзнипр;при ипр < 0,6;
Ь25=1 3; при ^ > 0,6. (7)
Формула (7) отражает тот факт, что состояние оценивается следующим образом:
хорошее (0 < ипр < 0,2) тогда Ь2 < 1; удовлетворительное (0,2 < ипр < 0,4) тогда 1 < Ь2 < 2; неудовлетворительное (0,4 < ипр < 0,6) тогда 2 < Ь2 < 3; ветхое, негодное (ипр > 0,6) тогда Ь2 = 3.
Табл. 1. Оценка степени физического износа локального объекта
Физический износ, % Оценка технического состояния Общие характеристики технического состояния
0...20 Хорошее Повреждений и деформаций нет. Имеются отдельные, устраняемые при текущем ремонте, мелкие дефекты, не влияющие на эксплуатацию конструктивного элемента. Капитальный ремонт может производиться лишь на отдельных участках, имеющих относительно повышенный износ
21...40 Удовлетворительное Конструктивные элементы в целом пригодны для эксплуатации, но требуют некоторого капитального ремонта, который наиболее целесообразен именно на этой стадии
41.60 Не удовлетворительное Эксплуатация конструктивных элементов возможна лишь при условии значительного капитального ремонта
61.80 Ветхое Состояние несущих конструктивных элементов — аварийное, а ненесущих — весьма ветхое. Ограниченное выполнение конструктивными элементами своих функций возможно лишь по проведении охранных мероприятий или полной смены конструктивного элемента
81.100 Негодное Конструктивные элементы находятся в разрушенном состоянии. При износе 100 % остатки конструктивного элемента полностью ликвидированы
Учитывая (7), из (2) получаем формулу для расчета коэффициента уязвимости V локального объекта при его подтоплении в зависимости от износа
уязв г
объекта:
V =
уязв
(0,517K^Unp + V*; при Um < 0,6;
(8)
0,31 + V*; при иш >0,6; 1. = 0,077 (й15+ Ъъ&+ й45). (9)
Подставляя (5) и (8) в (1), получим зависимость для расчета дозы вредного воздействия подтопления на объект:
'(0,4КПОДТ + А..)(0,517Кюнипр +у.), Кподт < 0,75; < 0,6; (0,3 + А..)(0,517Кцзн^пр +у.), Кподт >0,75; <0,6; (0,4Кподт )(0,31Кизн + V.), Кподт < 0,75; ию > 0,6; (0,3 + А..)(0,31КИЗн +V.), Кподт > 0,75; ию > 0,6.
В общем случае доза вредного воздействия подтопления, определяемая по формуле (10), неявно зависит от времени, в частности через Н — глубину за-
D =
(10)
ВЕСТНИК
МГСУ-
легания уровня грунтовых вод, Ц — проектного износа объекта и коэффициента износа — Кизн. Изменение этих величин во времени может изменять и уровень безопасности подтопления, поскольку этот уровень, в соответствии с [4], определяется величиной дозы вредного воздействия подтопления.
Для наиболее часто встречающихся в реальности случаев (Кподт < 0,75; ищ <0,б) из (10) получаем
Г Н \ 1Г„ _ Т
D =
0,4
1 -
И
+ V
пр
0,2 К
Ti
- +V
(11)
Эта зависимость для Б позволяет рассчитывать изменения дозы вредного воздействия подтопления в течение всего времени эксплуатации объекта в явном виде.
Рассмотрим более детально вопрос зависимости от времени проектного износа в условиях подтопления для разных категорий объектов в соответствии с данными табл. 2.
Табл. 2. Примерные сроки службы зданий и сооружений5
Категория объекта Характеристика объекта Срок службы объекта, годы
I Временные здания и сооружения (бытовки строительных рабочих и вахтенного персонала, склады, летние павильоны и т.д.) 10
II Сооружения, эксплуатируемые в условиях сильноагрессивных сред (сосуды, резервуары, трубопроводы предприятий нефтеперерабатывающей, газовой, химической промышленностей, сооружения в условиях морской среды и т.д.) 25
III Здания и сооружения массового строительства в обычных условиях эксплуатации (здания жилищно-граж-данского и производственного назначения) Не менее 50
IV Уникальные здания и сооружения (музеи, хранилища, произведения монументального искусства, стадионы, театры, здания более 75 м высотой, большепролетные сооружения) 100 и более
Для всех четырех категорий зданий и сооружений, представленных в табл. 2, можно оценить проектное состояние объекта в зависимости от времени его эксплуатации по формуле
Unp = 0,4ТЦ, (12)
max
где f/ — проектное значение износа; Тэкс — время эксплуатации объекта от начала сдачи в эксплуатацию, год; Tmax — проектный срок службы объекта в соответствии с табл. 2.
5 ГОСТ Р 54257—2010. Надежность строительных конструкций и оснований. Основные положения и требования. М. : Стандартинформ, 2011. 18 с.
В табл. 3 сведены данные табл. 1 и 2, а также расчетные данные по формуле (12).
Табл. 3. Проектная и расчетная оценка состояния объекта за время его эксплуатации
Категория объекта Время эксплуатации объекта, год Расчетное значение проектного износа Характеристики состояния объекта
I 0.5 0.0,2 Хорошее
5.10 0,2.0,4 Удовлетворительное
10.15 0,4.0,6 Неудовлетворительное
Более 15 Больше 0,6 Ветхое, негодное
II 0.12,5 0.0,2 Хорошее
12,5.25 0,2.0,4 Удовлетворительное
25.37,5 0,4.0,6 Неудовлетворительное
Более 37,5 Больше 0,6 Ветхое, негодное
III 0.25 0.0,2 Хорошее
25.50 0,2.0,4 Удовлетворительное
50.75 0,4.0,6 Неудовлетворительное
Более 75 Больше 0,6 Ветхое, негодное
IV 0.50 0.0,2 Хорошее
50.100 0,2.0,4 Удовлетворительное
100.150 0,4.0,6 Неудовлетворительное
Более 150 Больше 0,6 Ветхое, негодное
Полученные результаты подтверждают возможность использования зависимости (12) для оценки износа локального объекта в соответствии с его проектной категорией.
Природные факторы, влияющие на значения показателей опасности и техногенные факторы, влияющие на значения показателей уязвимости вместе оказывают влияние на общий износ объекта и, , т.е.
общ'
ио6щ = Кюнипр. (13)
Общий износ объекта иобщ может рассматриваться как интегральная характеристика реакции объекта на негативное воздействие дозы. Если рассмотреть совокупное действие на объект всех негативных факторов с дозой вредного воздействия В, то можно проследить связь уровней безопасности объекта с величиной общего износа.
Для этого проведем сравнение данных по общему износу объекта с критерием безопасности в зависимости от постоянного воздействия негативной дозы в течение всего времени эксплуатации объекта. Эти сведения приведены в табл. 4.
Табл. 4. Оценка общего состояния объекта в зависимости от дозы вредного воздействия на него
Оценка состояния объекта Значение общего износа и, общ Уровень безопасности объекта Значение дозы вредного воздействия на объект [4] В
Хорошее 0...0,2 Безопасный 0.0,111
Удовлетворительное 0,2.. .0,4 Умеренный 0,111.0,250
Неудовлетворительное 0,4.0,6 Низкий 0,250.0,444
Ветхое, непригодное Более 0,6 Критический Более 0,444
Приведенные в табл. 4 данные хорошо соотносятся с результатами, рассчитанными по формуле
и0бщ = 1 - ехр (-2В). (14)
Зависимость (14) является функцией экспоненциального распределения случайной величины В, зависящей от случайных независимых событий, характеризующих показатели опасности и уязвимости.
Зная значение фактического общего износа объекта, например, в ходе проведения обследования технического состояния здания можно определить фактическое значение дозы вредного воздействия В по формуле
В = -0,51п (1 - иобщ). (15)
Используя зависимости (11), (14), (15), также зависимости (14) и (12), можно определить требуемое значение уровня грунтовых вод Н в любой момент времени существования объекта.
Из формул (11), (4) можно получить формулу для определения требуемой глубины залегания грунтовых вод Н, при которой обеспечивается тот или иной уровень безопасности, при В = В и В = В
ЛЛ н
° - + К . (16)
Н = Н
Г Г
1 - 2,5
V
V
V уязв
Формула (16) позволяет рассчитывать критический уровень подземных вод и норм осушения для объектов разного уровня ответственности, допустимые глубины залегания грунтовых вод, если в ней положить соответствующие значения доз вредного воздействия подтопления из табл. 5.
Табл. 5. Значения нормативных и допустимых доз вредного воздействия подтопления объектов разного уровня ответственности [1—5]
Уровень ответствен- Нормативное значение дозы Допустимое значение дозы
ности объекта вредного воздействия В вредного воздействия Вдоп
I 0,111 0,14
II 0,133 0,18
III 0,144 0,20
Обобщая изложенные выше результаты исследований, можно констатировать: для расчета норм осушения или критического уровня залегания грунтовых вод наиболее эффективной является методология оценки риска подтопле-
ния как опасного природно-техногенного процесса. При этом в основе данной методологии лежат расчеты уровней безопасности подтопления территории и локальных объектов, требования к которым прописаны в национальном стандарте РФ2.
Методика расчета этих норм должна строиться на основе анализа информации об опасности подтопления, уязвимости объекта в соответствии с математической моделью, представленной формулами (11)—(15), а также параметрическим обеспечением этой модели.
Проиллюстрируем методику расчета норм осушения и допустимых уровней грунтовых вод на конкретном примере.
Пример. Проектом предусматривается строительство жилого дома с подвальными помещениями. Объект относится к зданиям массового строительства с глубиной заложения фундаментов Н = 1,5 м. Выполненные инженерно-геологические, гидрогеологические изыскания и прогнозные расчеты позволяют принять прогнозный уровень грунтовых вод на глубине Н = 0,9 м, а величину И = 0,8 м.
к '
При этом опасность подтопления по составу грунтовых вод является большой а2 = 2,5, по влиянию на свойства грунтов — малой а3 = 1. Опасность активизации наведенных процессов минимальная (а4 = 0,5).
Требуется найти норму осушения, а также оценить допустимую глубину залегания грунтовых вод, если степень уязвимости по трем показателям средняя: Ъ1 = Ъ2 = Ь3 = Ъ4 = 2, а по второму геотехническому показателю степень уязвимости оценивается в зависимости от проектного износа здания и коэффициента износа. Так как объект относится к зданиям массового строительства, коэффициент износа принимается равным Кизн = 1.
Порядок расчета. Норма осушения и допустимая глубина залегания грунтовых вод рассчитываются по формуле (16). Чтобы воспользоваться формулой (16), необходимо рассчитать дозу вредного воздействия подтопления на это здание В, если не будут проводиться работы по инженерной защите объекта, проектный износ объекта в течение времени его эксплуатации с учетом подтопления ЦУпр, а также параметры 1*, V*, отражающие степень опасности подтопления и уязвимости объекта по соответствующим показателям опасности и уязвимости.
Вначале находим по формулам (6) и (9) параметры и 1*и V:
1* = 1 (0,2 • 2,5 + 0,2 -1 + 0,3 • 0,5) = 0,283;
V* = 0,077 (2 + 2 + 2) = 0,462.
Затем по формуле (11) определяем дозу вредного воздействия подтопления на объект в течение времени его эксплуатации (Тэкс < Ттах). Так как проектируемый объект относится к здания массового строительства, то Ттах = 50 лет. Тогда по формуле (11)
0,411 - 0'9
D =
1,5 + 0,7 ■ 0,8 D = 0,508 (0,004Гэкс + 0,462).
0,283
0,2^ + 0,462 50
или
ВЕСТНИК
МГСУ-
В табл. 6 приведены результаты расчета дозы вредного воздействия подтопления В в течение всего периода эксплуатации объекта.
Табл. 6. Изменение дозы вредного воздействия подтопления при эксплуатации объекта (в условиях примера)
Время эксплуатации объекта Т ,год экс' 0 5 10 15 20 25 30 40 50
Доза вредного воздействия подтопления В 0,235 0,245 0,255 0,265 0,275 0,285 0,296 0,316 0,336
Анализ данных табл. 6 показывает, что в течение первых 10 лет, в соответствии с [1—5], уровень безопасности подтопления оценивается как умеренный (0,111 < В < 0,250). В последующие годы, вплоть до 50 лет эксплуатации уровень безопасности подтопления оценивается как низкий (0,25 < В < 0,444).
Отсюда следует необходимость проведения мероприятий по инженерной защите от подтопления.
Зная динамику изменения дозы вредного воздействия в процессе эксплуатации здания, можно оценить износ этого здания в условиях подтопления по формуле (14), а также норму осушения и допустимую глубину залегания грунтовых вод, принимая в формуле (16) В = Вн и В = Вдоп соответственно.
Значения этих величин принимаются по табл. 5 Вн = 0,133 и Вдоп = 0,18, поскольку уровень ответственности проектируемого объекта — II, в соответствии с [1].
В табл. 7 сведены все результаты расчетов, обозначенные выше.
Табл. 7. Результаты расчетов норм осушения и допустимых уровней грунтовых вод (в условиях примера)
Время эксплуатации объекта Т ,год экс' 0 5 10 15 20 25 30 40 50
Проектный износ здания без учета подтопления и 0 0,04 0,08 0,12 0,16 0,2 0,24 0,32 0,40
Общий износ здания при его подтоплении Цо6щ 0,375 0,388 0,40 0,411 0,423 0,435 0,446 0,468 0,49
Норма осушения Нн м 2,08 2,14 2,2 2,25 2,3 2,34 2,38 2,46 2,51
Допустимая глубина залегания грунтовых вод Н , м доп' 1,52 1,61 1,68 1,76 1,82 1,88 1,94 2,05 2,13
Отсюда следует, что в течение времени эксплуатации локального объекта норма осушения и допустимая глубина залегания грунтовых вод могут значительно меняться, что следует учитывать при проектировании систем инженерной защиты.
Анализируя полученные результаты, можно рекомендовать для всех категорий локальных объектов при проектировании систем инженерной защиты от подтопления этих объектов назначать нормы осушения на момент времени эксплуатации равными половине проектного срока службы, т.е. Тэкс = 0,5Ттах. Соответственно для данного примера следует принимать норму осушения равной Н « 2,3 м, а допустимую глубину залегания грунтовых вод Н « 1,9 м.
Для существующих или реконструируемых объектов можно воспользоваться теми же зависимостями (11), (14), (16), но при Тэкс =
Если бы в условиях примера рассматривали не вновь проектируемый объект, а уже давно существующий или реконструируемый, то при проектировании системы инженерной защиты от подтопления такого объекта следует принять норму осушения, равной Нно « 2,5 м, а допустимую глубину залегания грунтовых вод — Ндоп « 2,1 м.
Выводы. 1. В соответствии с существующими нормативными требованиями РФ при проектировании систем инженерной защиты от подтопления необходимо, чтобы в каждом конкретном случае обеспечивалось положение уровней подземных вод ниже критического уровня.
В связи с этим в каждом конкретном случае должны выполняться расчеты норм осушения и допустимых уровней залегания грунтовых вод в трактовке теории риска.
2. Предложена методология расчета этих величин на базе существующих требований к расчету уровней безопасности при подтоплении градопромыш-ленных территорий.
3. Получены расчетные зависимости и разработана методика расчета критического уровня подземных вод (нормы осушения, допустимых глубин залегания грунтовых вод) для локальных объектов с учетом категории объекта и его уровня ответственности, инженерно-геологических, гидрогеологических условий, особенности окружающей застройки, возможности наведенных (провоцируемых) подтоплением опасных процессов, износа объекта и т.п.
4. Даны рекомендации по расчету норм осушения и допустимых глубин залегания грунтовых вод при проектировании систем инженерной защиты от подтопления как вновь проектируемых объектов, так и для существующих и реконструируемых объектов.
5. Разработанная методика расчета проиллюстрирована на конкретном примере, позволяющем не только оценивать нормы осушения и допустимые уровни залегания грунтовых вод для проектируемых и существующих объектов, но и судить о негативном влиянии подтопления на объект.
Библиографический список
1. Куранов Н.П., Коротеев Д.Г. Расчеты риска от подтопления локальных объектов // Водоснабжение, водоотведение, экологическая безопасность строительства и городского хозяйства : сб. тр. М. : Изд-во ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2012. № 12. С. 120—138.
2. Коротеев Д.Г. Расчеты норм осушения и уровня риска при проектировании инженерной защиты от подтопления локальных объектов // Водоснабжение, водоотве-дение, экологическая безопасность строительства и городского хозяйства : сб. тр. М. : Изд-во ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2013. № 15. С. 130—136.
3. Воронов Ю.В., Ширкова Т.Н. Методология определения нормы осушения на подтапливаемых территориях // Вестник МГСУ 2013. № 8. С. 131—136.
4. Кузьмин В.В., Тимофеева Е.А., Чуносов Д.В. Оценка риска негативных воздействий при подтоплении урбанизированных территорий // Водоснабжение и санитарная техника. 2008. № 6. С. 44—49.
5. Кузьмин В.В., Чуносов Д.В. Обоснование эффективности мероприятий по защите от подтопления урбанизированных территорий на основе теории риска //
Водоснабжение, водоотведение, гидротехника и инженерная гидрогеология : сб. тр. М. : Изд-во ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2011. № 12. С. 64—75.
6. Дзекцер Е.С., Пырченко В.А. Технология обеспечения устойчивого развития урбанизированных территорий в условиях воздействия природных опасностей. М. : Изд-во ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2004. 166 с.
7. Рагозин А.Л. Инженерная защита территорий, зданий и сооружений от опасных природных процессов // Промышленное и гражданское строительство. 1992. № 12. С. 6—7.
8. Титкова Л.Д. Сравнительный анализ методов оценки геологического риска на примере объекта по ул. Верейского в г. Москве // Водоснабжение, водоотведение, экологическая безопасность строительства и городского хозяйства : сб. тр. М. : Изд-во ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2015. № 17. С. 217—230.
9. Тимофеева Е.А. Оценка риска негативных воздействий при затоплении территории // Водоснабжение, водоотведение, экологическая безопасность строительства и городского хозяйства : сб. тр. М. : Изд-во ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2011. № 12. С. 128—142.
10. Волкова Е.В., Расторгуев И.А., Расторгуев А.В. Численное моделирование для обоснования системы инженерной защиты г. Казани // Водоснабжение и санитарная техника. 2010. № 12. С. 26—32.
11. Кузьмин В.В., Чуносов Д.В. Обоснование эффективности мероприятий по защите от подтопления урбанизированных территорий на основе теории риска // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. 2010. № 1. С. 46—58.
12. Тимофеева Е.А. К обоснованию методологии оценки риска в системах водоснабжения и водоотведения // Водоснабжение, водоотведение, экологическая безопасность строительства и городского хозяйства : сб. тр. М. : Изд-во ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2012. № 14. С. 164—172.
13. Куранов П.Н., Коротеев Д.Г. Методика расчета норм осушения и порога геологической безопасности при подтоплении градопромышленных территорий // Водоснабжение и санитарная техника. 2012. № 2. С. 40—44.
14. Коростилев А.Д, Коротеев Д.Г., Куранов Н.П., Куранов П.Н., Тимофеева Е.А., Чуносов Д.В. Пробит-анализ и его приложения к оценкам риска опасных процессов в инженерной гидрогеоэкологии и гидротехники // Водоснабжение, водоотведение, гидротехника и инженерная гидрогеология : сб. тр. М. : Изд-во ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 2012. № 13. С. 66—80.
15. Cobby D., Morris S., Parkes A., Robinson V. Groundwater flood risk management: advances towards meeting the requirements of the EU floods directive // Journal of Flood Risk Management. 2009. Vol. 2. Issue 2. Рр. 111—119. Режим доступа: http://onlinelibrary. wiley.com/doi/10.1111/j.1753-318X.2009.01025.x/abstract. Дата обращения: 10.07.2015.
16. Cloutier Claude-André, Buffin-Bélanger Thomas, Larocque Marie. Controls of groundwater floodwave propagation in a gravelly floodplain // Journal of Hydrology. April 2014. Vol. 511. Рр. 423—431. Режим доступа: http://www.uqar.ca/files/pacesnebsl/ cloutier_et_al_2014.pdf. Дата обращения: 10.07.2015.
17. Macdonald D., Dixon A., Newell A., Hallaways A. Groundwater flooding within an urbanised flood plain // Journal of Flood Risk Management. 2012. Vol. 5. Pp. 68—80. Режим доступа: http://www.academia.edu/2099564/Groundwater_flooding_within_an_urbanised_ flood_plain. Дата обращения: 10.07.2015.
18. Kreibich H., Thieken A.H., Grunenberg H., Ullrich K., Sommer T. Extent, perception and mitigation of damage due to high groundwater levels in the city of Dresden, Germany // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2009. No. 9. Pp. 1247—1258. Режим доступа: http://www. nat-hazards-earth-syst-sci.net/9/1247/2009/nhess-9-1247-2009.pdf. Дата обращения: 10.07.2015.
19. Schinke R., Neubert M, Hennersdorf J., Stodolny U., Sommer T., Naumann T. Damage estimation of subterranean building constructions due to groundwater inundation — The GIS-based model approach GRUWAD // Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2012. No. 12. Pp. 2865—2877. Режим доступа: http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/12/2865/2012/ nhess-12-2865-2012.pdf. Дата обращения: 10.07.2015.
20. Hughes A.G., Vounaki T., Peach D.W., Ireson A.M., Jackson C.R., Butler A.P., Bloomfield J.P., Finch J., Wheater H.S. Flood risk from groundwater: examples from a Chalk catchment in southern England // Journal of Flood Risk Management. 2011. Vol. 4. Issue 3. Pp. 143—155. Режим доступа: http://core.ac.uk/download/pdf/386222.pdf. Дата обращения: 10.07.2015.
Поступила в редакцию в июле 2015 г.
Об авторах: Куранов Николай Петрович — доктор технических наук, профессор, президент, Научно-производственное объединение «ВОДГЕО» (НПО «ВОДГЕО»),
119435, г. Москва, Большой Саввинский пер., д. 9, стр. 3, 8 (499) 272-47-25, watergeo@ inbox.ru;
Куранов Петр Николаевич — кандидат технических наук, генеральный директор, Закрытое акционерное общество «ДАР/ВОДГЕО» (ЗАО «ДАР/ВОДГЕО»), 119435, г. Москва, Большой Саввинский пер., д. 9, стр. 1, 8 (499) 272-47-25, info@ darvodgeo.ru;
Коротеев Дмитрий Геннадьевич — главный инженер, Закрытое акционерное общество «ДАР/ВОДГЕО» (ЗАО «ДАР/ВОДГЕО»), 119435, г. Москва, Большой Саввинский пер., д. 9, стр. 1, 8 (499) 272-47-25, kdd024430@yandex.ru.
Для цитирования: КурановН.П., КурановП.Н., КоротеевД.Г. Методология и методика расчета норм осушения при инженерной защите от подтопления локальных объектов // Вестник МГСУ 2015. № 10. С. 138—152.
N.P. Kuranov, P.N. Kuranov, D.G. Koroteev
METHODOLOGY AND METHODS OF CALCULATING THE DRAINAGE RATE AT ENGINEERING PROTECTION FROM UNDERFLOODING OF LOCAL OBJECTS
In recent years, domestic and foreign scientific literature and regulatory documents refer to a trend of using the theory of risk in assessing the harmful effects of underflood-ing on buildings, constructions and industrial sites of various applications. The requirements of state standards, building regulations require carrying out "dangerous impact level assessment within the territory of the existing or forecasted uderflooding". In this case "the drainage rates accepted in the design of protective structures must in each case ensure the position of the groundwater level below the critical level".
The authors have developed a methodology and specific methods of calculating the permissible levels of ground water for local construction projects based on risk theory and examples of calculation.
Based on the research results, the following conclusions were made:
1. In accordance with the existing regulations of the Russian Federation in the design of engineering systems, the protection from underflooding should in each case ensured the position of groundwater levels below the critical level.
In this connection, in each case calculations of drainage standards and acceptable levels of ground water must be carried out in the interpretation of the theory of risk.
2. The methodology was offered for calculation of these quantities on the basis of the existing requirements for calculation of the security levels when flooding of city and plant territories.
BECTHMK
3. The authors obtained calculated dependencies and developed a method of calculation of the critical level of groundwater for local facilities with regard for their categories and responsibility level, geotechnical, hydrogeological conditions, features of the surrounding buildings, the possibility of hazardous processes induced by underflooding, deterioration of the object, etc.
4. The authors give recommendations for the calculation of the permissible norms of drainage and admissible groundwater depth in the design of engineering systems, protection from flooding of both newly designed facilities and existing and reconstructed objects.
5. The method of calculation is illustrated by an example, allowing not only to assess the rate of drainage and acceptable levels of groundwater for planned and existing facilities, but also to judge the negative impact of underflooding on the object.
Key words: drainage rate, allowable level, ground waters, underflooding, engineering protection
References
1. Kuranov N.P., Koroteev D.G. Raschety riska ot podtopleniya lokal'nykh ob"ektov [Risk Calculations of Underflooding of Local Objects]. Vodosnabzhenie, vodootvedenie, eko-logicheskaya bezopasnost'stroitel'stva i gorodskogo khozyaystva: sbornik trudov [Water Supply, Sewerage, Environmental Safety of Building and Urban Economy: Collection of Works]. Moscow, ZAO «DAR/VODGEO» Publ., 2012, no. 12, pp. 120—138. (In Russian)
2. Koroteev D.G. Raschety norm osusheniya i urovnya riska pri proektirovanii inzhener-noy zashchity ot podtopleniya lokal'nykh ob"ektov [Calculations of Drainage Rates and Risk Level in the Design of Artificial Protection from Underflooding of Local Objects]. Vodosnabzhenie, vodootvedenie, ekologicheskaya bezopasnost' stroitel'stva i gorodskogo khozyaystva: sbornik trudov [Water Supply, Sewerage, Environmental Safety of Building and Urban Economy: Collection of Works]. Moscow, ZAO «DAR/VODGEO» Publ., 2013, no. 15, pp. 130—136. (In Russian)
3. Voronov Yu.V., Shirkova T.N. Metodologiya opredeleniya normy osusheniya na pod-taplivaemykh territoriyakh [Methodology of Identification of the Drainage Norm for Areas Exposed to Flooding]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 8, pp. 131—136. (In Russian)
4. Kuz'min V.V., Timofeeva E.A., Chunosov D.V. Otsenka riska negativnykh vozdeystviy pri podtoplenii urbanizirovannykh territoriy [Assessing the Risk of Negative Impacts of Underflooding in Urbanized Areas]. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water Supply and Sanitary Technique]. 2008, no. 6, pp. 44—49. (In Russian)
5. Kuz'min V.V., Chunosov D.V. Obosnovanie effektivnosti meropriyatiy po zashchite ot podtopleniya urbanizirovannykh territoriy na osnove teorii riska [Effectiveness Substantiation of Measures to Protect Against Flooding in Urban Areas Based on Risk Theory]. Vo-dosnabzhenie, vodootvedenie, gidrotekhnika i inzhenernaya gidrogeologiya: sbornik trudov [Water Supply, Sewerage, Hydraulic Engineering and Hydrogeology: Collection of Works]. Moscow, ZAO «DAR/VODGEO» Publ., 2011, no.12, pp. 64—75. (In Russian)
6. Dzektser E.S., Pyrchenko V. A. Tekhnologiya obespecheniya ustoychivogo razvitiya urbanizirovannykh territoriy v usloviyakh vozdeystviya prirodnykh opasnostey [Technology for Sustainable Development of Urban Areas under the Impact of Natural Hazards]. Moscow, ZAO «DAR/VODGEO» Publ., 2004, 166 p. (In Russian)
7. Ragozin A.L. Inzhenernaya zashchita territoriy, zdaniy i sooruzheniy ot opasnykh prirodnykh protsessov [Engineering Protection of Territories, Buildings and Structures from Natural Hazards]. Promyshlennoe i grazhdanskoe stroitel'stvo [Industrial and Civil Engineering]. 1992, no. 12, pp. 6—7. (In Russian)
8. Titkova L.D. Sravnitel'nyy analiz metodov otsenki geologicheskogo riska na primere ob"ekta po ul. Vereyskogo v g. Moskve [Comparative Analysis of Geological Risk Assessment Methods on the Example of the Object on the Vereyskaya Street in Moscow]. Vodosnabzhe-nie, vodootvedenie, ekologicheskaya bezopasnost' stroitel'stva i gorodskogo khozyaystva: sbornik trudov [Water Supply, Sewerage, Environmental Safety of Building and Urban Economy: Collection of Works]. Moscow, ZAO «DAR/VODGEO» Publ., 2015, no.17, pp. 217—230. (In Russian)
9. Timofeeva E.A. Otsenka riska negativnykh vozdeystviy pri zatoplenii territorii [Assessing the Risk of Adverse Effects in Flooded Areas]. Vodosnabzhenie, vodootvedenie, eko-logicheskaya bezopasnost'stroitel'stva i gorodskogo khozyaystva: sbornik trudov [Water Supply, Sewerage, Environmental Safety of Building and Urban Economy: Collection of Works]. Moscow, ZAO «DAR/VODGEO» Publ., 2011, no. 12, pp.128—142. (In Russian)
10. Volkova E.V., Rastorguev I.A., Rastorguev A.V. Chislennoe modelirovanie dlya obos-novaniya sistemy inzhenernoy zashchity g. Kazani [Numerical Simulation for the Study of Engineering Protection of Kazan]. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water Supply and Sanitary Technique]. 2010, no. 12, pp. 26—32. (In Russian)
11. Kuz'min V.V., Chunosov D.V. Obosnovanie effektivnosti meropriyatiy po zashchite ot podtopleniya urbanizirovannykh territoriy na osnove teorii riska [Effectiveness Substantiation of Measures to Protect Against Underflooding in Urban Areas Based on Risk Theory]. Vestnik Saratovskogo gosagrouniversiteta im. N.I. Vavilova [Bulletin of Saratov State Agricultural University named after N.I. Vavilov]. 2010, no. 1, pp. 46—58. (In Russian)
12. Timofeeva E.A. K obosnovaniyu metodologii otsenki riska v sistemakh vo-dosnabzheniya i vodootvedeniya [On Justification of Risk Assessment Methodology in Water Supply and Sanitation Systems]. Vodosnabzhenie, vodootvedenie, ekologicheskaya bezo-pasnost' stroitel'stva i gorodskogo khozyaystva: sbornik trudov [Water Supply, Sewerage, Environmental Safety of Building and Urban Economy: Collection of Works]. Moscow, ZAO «DAR/VODGEO» Publ., 2012, no. 14, pp. 164—172. (In Russian)
13. Kuranov P.N., Koroteev D.G. Metodika rascheta norm osusheniya i poroga geo-logicheskoy bezopasnosti pri podtoplenii gradopromyshlennykh territoriy [Methods of Calculating the Drainage Rate and Geological Safety Threshold during Underflooding of City Industrial Areas]. Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water Supply and Sanitary Technique]. 2012, no. 2, pp. 40—44. (In Russian)
14. Korostilev A.D., Koroteev D.G., Kuranov N.P., Kuranov P.N., Timofeeva E.A., Chunosov D.V. Probit-analiz i ego prilozheniya k otsenkam riska opasnykh protsessov v inzhenernoy gidrogeoekologii i gidrotekhniki [Probit Analysis and Its Applications to Estimate the Risk of Dangerous Processes in Hydraulic Engineering and Hydrogeoecology]. Vodosnabzhenie, vodootvedenie, gidrotekhnika i inzhenernaya gidrogeologiya: sbornik trudov [Water Supply, Sewerage, Hydraulic Engineering and Hydrogeology: Collection of Works]. Moscow, ZAO «DAR/VODGEO» Publ., 2012, no. 13, pp. 66—80. (In Russian)
15. Cobby D., Morris S., Parkes A., Robinson V. Groundwater Flood Risk Management: Advances Towards Meeting the Requirements of the EU Floods Directive. Journal of Flood Risk Management. 2009, vol. 2, issue 2, pp. 111—119. Available at: http://onlinelibrary.wiley. com/doi/10.1111/j.1753-318X.2009.01025.x/abstract. Date of access: 10.07.2015. DOI: http:// dx.doi.org/10.1111/j.1753-318X.2009.01025.x.
16. Cloutier Claude-André, Buffin-Bélanger Thomas, Larocque Marie. Controls of Ground-water Floodwave Propagation in a Gravelly Floodplain. Journal of Hydrology. April 2014, vol. 511, pp. 423—431. Available at: http://www.uqar.ca/flles/pacesnebsl/cloutier_et_al_2014. pdf. Date of access: 10.07.2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/jJhydrol.2014.02.014.
17. Macdonald D., Dixon A., Newell A., Hallaways A. Groundwater Flooding within an Urbanised Flood Plain. Journal of Flood Risk Management. 2012, vol. 5, pp. 68—80. Available at: http://www.academia.edu/2099564/Groundwater_flooding_within_an_urbanised_flood_ plain. Date of access: 10.07.2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1753-318X.2011.01127.x.
18. Kreibich H., Thieken A.H., Grunenberg H., Ullrich K., Sommer T. Extent, Perception and Mitigation of Damage Due to High Groundwater Levels in the City of Dresden, Germany. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2009, no. 9, pp. 1247—1258, 2009. Available at: http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/9/1247/2009/nhess-9-1247-2009.pdf. Date of access: 10.07.2015. DOI: http://dx.doi.org/10.5194/nhess-9-1247-2009.
19. Schinke R., Neubert M., Hennersdorf J., Stodolny U., Sommer T., Naumann T. Damage Estimation of Subterranean Building Constructions Due to Groundwater Inundation — The GIS-Based Model Approach GRUWAD. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 2012, no. 12, pp. 2865—2877. Available at: http://www.nat-hazards-earth-syst-sci.net/12/2865/2012/ nhess-12-2865-2012.pdf. Date of access: 10.07.2015. DOI: http://dx.doi.org/10.5194/ nhess-12-2865-2012.
BECTHMK
20. Hughes A.G., Vounaki T., Peach D.W., Ireson A.M., Jackson C.R., Butler A.P., Bloomfield J.P., Finch J., Wheater H.S. Flood Risk from Groundwater: Examples from a Chalk Catchment in Southern England. Journal of Flood Risk Management. 2011, vol. 4, issue 3, pp. 143—155. Available at: http://core.ac.uk/download/pdf/386222.pdf. Date of access: 10.07.2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1753-318X.2011.01095.x.
About the authors: Kuranov Nikolay Petrovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, President, Research and Production Association VODGEO (VODGEO),
9-3 Bolshoy Savvinskiy pereulok, Moscow, 119435, Russian Federation; +7 (499) 272-47-25; watergeo@inbox.ru;
Kuranov Petr Nikolaevich — Candidate of Technical Sciences, Director General, Private Corporation DAR/VODGEO (DAR/VODGEO), 9-1 Bolshoy Savvinskiy pereulok, Moscow, 119435, Russian Federation; +7 (499) 272-47-25; info@darvodgeo.ru;
Koroteev Dmitriy Gennad'evich — chief engineer, Private Corporation DAR/VODGEO (DAR/VODGEO), 9-1 Bolshoy Savvinskiy pereulok, Moscow, 119435, Russian Federation; +7 (499) 272-47-25; kdd024430@yandex.ru.
For citation: Kuranov N.P., Kuranov P.N., Koroteev D.G. Metodologiya i metodika rascheta norm osusheniya pri inzhenernoy zashchite ot podtopleniya lokal'nykh ob"ektov [Methodology and Methods of Calculating the Drainage Rate at Engineering Protection from Under-flooding of Local Objects]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2015, no. 10, pp. 138—152. (In Russian)
