CC BY
608
3/2009 ВЕСТНИК
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТЕПЕНИ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ПОДТОПЛЯЕМОСТИ И ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОГО ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД ЗАСТРАИВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЙ
И.В. Аверин, Н.Н. Ракитина, И.В. Кокорев, Д.С. Букреев
ГАСИС
Под подтоплением понимается процесс подъема уровня грунтовых вод выше некоторого критического положения, а также формирования верховодки и (или) техногенного водоносного горизонта, приводящий к ухудшению инженерно-геологических условий территории строительства и экологической обстановки.
Подтопление обусловлено превышением приходных статей водного баланса над расходными под влиянием комплекса природных и техногенных факторов.
Величина критического уровня устанавливается проектной (или, при необходимости, с участием изыскательской) организацией, в зависимости от решаемых проектных задач, стадии проектирования и местных природных условий.
Глубина критического уровня определяется глубиной заложения и типами фундаментов, конструкцией подземной части сооружений, свойствами грунтов оснований в активной зоне, возможностью возникновения опасных инженерно-геологических процессов, высотой капиллярной каймы.
Подтопление сопровождается увеличением влажности грунтов за счет замачивания. При необходимости, для предварительных проектных расчетов (суммарной просадки, набухания, осадки) по заданию заказчика может быть выполнено определение критической влажности, превышение которой вызывает изменение свойств грунтов и развитие деформаций естественного основания.
Развитие подтопления, как правило, вызывает негативные последствия:
- деформации фундаментов и надземных конструкций зданий и сооружений, вызванные изменением прочностных и деформационных свойств грунтов, в особенности, обладающих специфическими свойствами (просадочность, набухание, выщелачивание, размокание);
- затопление подземных частей зданий, сооружений, коммуникаций, ухудшение условий их эксплуатации;
- возникновение и активизация опасных геологических процессов (оползни, карст, суффозия, просадки, набухание грунтов и др.);
- повышение сейсмической бальности (при сейсмическом микрорайонировании) за счет изменения категории грунтов по сейсмическим свойствам;
- изменение химического состава, агрессивности и коррозионной активности грунтов и подземных вод;
- ухудшение экологической и санитарно-эпидемиологической обстановки вследствие подтопления территорий промышленных предприятий, полигонов бытовых и промышленных отходов, нефтехранилищ, скотомогильников и других источников химического и органического загрязнения;
- повреждение памятников истории и культуры, уничтожение уникальных ландшафтов.
Основными причинами возникновения и развития подтопления в городских условиях являются:
ВЕСТНИК 3/2009
- техногенные утечки из водонесущих коммуникаций, утечки из прудов, отстойников, недостаточная организация поверхностного стока на застроенных территориях, неэффективность ливневой канализации, нарушение естественного стока при проведении строительных работ, неумеренный полив городских насаждений и садово-огородных участков;
- барражный эффект при строительстве заглубленных подземных сооружений, засыпке оврагов нефильтрующим материалом, устройством стен в грунте и свайных полей;
- конденсация влаги под основаниями зданий, элеваторами и другими сооружениями, асфальтовыми покрытиями на застроенных городских территориях;
- гидромелиоративная деятельность на массивах орошения.
Основными природными условиями возникновения процесса строительного подтопления являются: наличие слабопроницаемых грунтов и прослоек, относительно близкое расположение подземных вод и водоупора и низкая дренированность территории.
Потенциальная подтопляемость территории (возможная способность застроенной территории быть подтопленной за расчетный период времени) находится в прямой зависимости от ее природных условий.
Потенциально подтопляемые территории - это такие территории, на которых за расчетный срок возможно (с той или иной вероятностью и при соответствующих природных и техногенных условиях) в результате их строительного освоения или эксплуатации повышение уровня подземных вод или влажности грунтов до величин, вызывающих нарушения нормальных условий эксплуатации зданий, сооружений или территории в целом.
Потенциально неподтопляемыми территориями являются такие, на которых вследствие благоприятных природных условий (наличие хорошо проницаемых грунтов большой мощности и относительно низкого положения подземных вод, высокой дрениро-ванности) и благоприятных техногенных условий (отсутствие или незначительные утечки из коммуникаций, отсутствие существенных нарушений условий формирования поверхностного стока и его перевода в подземный, незначительный барраж подземных вод подземными сооружениями, применение дренажей или других защитных мероприятий) заметного влажности грунтов оснований и повышения уровня подземных вод не происходит, а если оно и происходит, то за расчетный период времени не достигает критических значений, т.е. не отражается на условиях строительства и эксплуатации зданий и сооружений, а также территории в целом.
В результате обобщения имеющихся материалов по подтопленным застроенным территориям выделяются шесть основных типов схем природных условий территорий, в основе которых лежат типовые литологические разрезы, в различной степени подверженные подтоплению. Классификация типовых схем природных условий приведена в таблице 32 /3/.
Наиболее подтопляемыми являются территории, сложенные слабопроницаемыми, фильтрационно-анизотропными, просадочными грунтами, а также застроенные сооружениями или предприятиями, потребляющими большое количество воды. Скорость повышения уровня подземных вод, в том числе грунтовых, в первые 10 лет на таких территориях может достигать 0,5 - 1,0 м и более в год. Наименее подтопляемыми являются территории с глубоким залеганием грунтовых вод, сложенные хорошо проницаемыми грунтами и застроенные предприятиями с сухим технологическим процессом -здесь скорость подъема подземных вод не превышает 0,1 м в год.
В связи с этим необходимо различать группы предприятий по количеству потребляемой ими воды, от которых зависит объем возможных утечек. Классификация промышленных предприятий по удельному расходу (потреблению, включающему водоснабжение и водоотведение) приведена в таблице 31 /3/.
Применительно к городским сооружениям, проектным организациям в Техническом Задании на инженерные изыскания необходимо указывать удельный расход воды на
_3/2009_М|ВУ™ИК
1 га занимаемой площади и далее классифицировать их по аналогии с промышленными предприятиями.
В зависимости от сочетания схемы природных условий с группой предприятий по количеству потребляемой воды все промышленные территории по потенциальной под-топляемости разделяют на четыре типа.
Наибольшую вероятность значительного повышения уровня подземных вод или образования нового техногенного водоносного горизонта следует ожидать на территориях I и II типов, например, на территории с близким залеганием водоупора, сложенной слабопроницаемыми грунтами, при отсутствии естественных дрен и с проектируемой застройкой предприятиями, потребляющими большое количество воды.
По таблице 33 /3/ для различных природных и техногенных условий определяются возможные (наиболее вероятные) скорости подъема грунтовых вод.
Оценка потенциальной подтопляемости территории производится на основании использования критерия потенциальной подтопляемости Р, рассчитываемого по формуле:
Р= (Не - ДА) / Ис (1),
где: Ае - уровень подземных вод до начала подтопления, определяемый по данным инженерных изысканий, м; ДА - величина возможного подъема подземных вод за расчетный период времени, м; Ис - критический подтопляющий уровень подземных вод, м.
При Р < 1 и 1С < Тр (/с - период времени, в течение которого наступает Нс = Ае - ДА) территория является потенциально подтопляемой.
При Р > 1 и > Тр, территория является потенциально неподтопляемой.
Степень потенциальной подтопляемости (интенсивности возможного подтопления территории) удобно определять временем достижения подземных вод критических значений при их подъеме, исходя из формулы (1) и принимая в ней Р = 1.
Качественная оценка подтопления выполняется методом аналогии и основывается на сравнении условий застраиваемой площадки с данными по конкретным подтопленным участкам-эталонам с аналогичными инженерно-геологическими, гидрогеологическими условиями и характером застройки (техногенными условиями).
Для ответственных сооружений при соответствующем обосновании выполняется количественный прогноз изменения уровня подземных вод с учетом техногенных факторов на основе специальных комплексных исследований, включающих как минимум годовой цикл стационарных наблюдений за режимом подземных вод с последующим построением геофильтрационной модели. Длительный цикл режимных наблюдений особенно важен для застроенной территории, продолжительность предпрогнозного цикла гидрогеологических наблюдений которой определяется необходимостью выявления закономерностей формирования водного режима и характеристикой режимообразу-ющих факторов.
Литературы:
1. СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства. Часть II. Правила производства работ в районах развития опасных геологических и инженерно-геологических процессов. М., 1997;
2. СНиП 2.02.01-83*. Основания зданий и сооружений. М., 1996;
3. Пособие по проектированию оснований зданий и сооружений (к СНиП 2.02.01-83). М.,
1996;
4. Инструкция по инженерно-геологическим и геоэкологическим изысканиям в г.Москве. М., 2004.
Рецензент: профессор, д.т.н. А.Д. Потапов
