Гидрогеологические условия участка строительства

В процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений важное значение отводится роли подземных вод. Подземные воды вызывают ряд процессов в грунтовой толще, которые могут серьезно осложнить строительство и эксплуатацию сооружений.

Курсовая работа на тему «Оценка гидрогеологических условий на площадке строительства и прогноз развития неблагоприятных процессов при водопонижении» обновлено: 31 октября, 2020

Источник: bank.nauchniestati.ru

Гидрогеологические условия участка

Гидрогеологические условия участка также довольно простые.

Подземные воды представлены двумя горизонтами. Верхний горизонт грунтовых вод отмечен в песчаных аллювиальных верхнечетвертичных отложениях. Мощность горизонта по предварительным оценкам составляет 12 м. Горизонт имеет гидравлическую связь с рекой. Подстилается выдержанными песчано-глинистыми неогеновыми отложениями, которые являются для него относительным водоупором.

ГЕОЛОГИЯ УЧАСТКА Зачем нужны геологические изыскания под строительство дома и сколько стоит ?

Горизонт напорных вод представлен в верхнепалеогеновых песках, напор и статический уровень горизонта порядка 55 м, мощность пласта порядка 35 м. Водоупором для него является толща жирных плотных глин того же возраста.

Предварительная оценка эксплуатационных запасов подземных вод на участке

Оценка эксплуатационных запасов подземных вод может быть выполнена гидродинамическим, гидравлическим и балансовым методами, а также методом гидрогеологической аналогии. Выбор метода определяется гидрогеологическими условиями и степенью их изученности.

Гидрогеологические условия разведанного месторождения можно охарактеризовать как достаточно простые, что позволяет использовать для оценки запасов гидродинамический метод.

Оценка эксплуатационных запасов подземных вод гидродинамическим методом заключается в расчетах водозаборных сооружений при принятых начальных и граничных условиях и параметрах водоносного горизонта в пределах рассматриваемой области фильтрации.

Оценим возможность удовлетворения потребности в воде за счет горизонта напорных вод, используя значения параметров по заданному варианту.

Установим прогнозный дебит одной водозаборной скважины на водонапорный горизонт;

Потребность в воде составляет 5 Qед=1837*5=9185м 3 /сут, что значительно Q=5000, т. е. горизонт напорных вод полностью удовлетворяет заданную потребность.

Подземные воды приурочены к верхнепалеогеновым пескам, с слабопроницаемой верхней границей и содержат напорные воды.

Схематизация гидрогеологических условий — это обоснованное упрощение с целью построения расчетной схемы, применительно к выбранному методу решения задачи. Упрощение выполняется последовательным анализом гидродинамических особенностей потока с использованием критериев, позволяющих качественно и количественно оценить допустимость предполагаемого упрощения.

Застройщики смотрим как необходимо определить гидрогеологические условия места строительства

Гидравлическое состояние пласта. Пласт напорный, статический. Пьезометрический напор и статический уровень горизонта составляет 55 м., мощность пласта 35 м.

Граничные условия. В разрезе границы представлены различными породами. Нижняя граница сложена верхнепалегеновыми плотными жирными глинами. Условно примем непроницаемой. Верхняя граница представлена выдержанной толщей песчано-глинистых пород неогена.

Является слабопроницаемой, т. е имеется перетекание в вышележащий горизонт грунтовых вод. Условно в разрезе примем полуограниченный пласт, в плане неограниченный.

Уклон водоупорного ложа. Данных об уклоне водоупора нет, поэтому примем его горизонтальным.

Тип водообмена. Т.к. верхняя граница слабопроницаемая, имеется перетекание в вышележащий горизонт грунтовых вод, будет иметь место горизонтальный и вертикальный водообмен.

Строение фильтрационной среды. Данных о фациальной изменчивости водовмещающих пород нет, следовательно, можем считать пласт условно-однородным. Т.к. среда условно однородная, то заданные значения принимаем за средние: а =310 5 м 2 /сут, К=27м/сут, m=35 м.

Режим фильтрации. При работе водозабора, в условиях полуограниченного пласта, будет иметь место планово- радиальная фильтрация.

Источниками формирования эксплутационных запасов будут естественные и упругие запасы пласта, а также естественные ресурсы и емкостные (гравитационные) запасы.

Примем схему водозабора.

Производя гидродинамические расчеты, необходимо учитывать величину допустимого понижения в скважине, которое равно избыточному напору:

Оптимальной схемой расположения водозаборного ряда в рассматриваемых гидрогеологических условиях, является линейный ряд скважин. Допустимое понижение в скважинах рассчитываем по формуле:

В-величина параметра перетекания, рассчитываемая по формуле:

Таким образом, мы выяснили, что итоговое понижение в скважинах проектируемого водозабора будет равным 4 м при расстоянии между скважинами 10 м, что ниже предельно допустимого и является наиболее оптимальным вариантом размещения скважин.

Источник: vuzlit.com

Гидрогеологические условия

грунтовых вод, и заглубление подвала влияют на выбор типа дренажа (совершенный или несовершенный).

Если источник питания подземных вод — грунтовый поток, поступающий с вышележащей территории, устраивают однолинейную систему в виде отсечного головного дренажа. Дренаж закладывают по верхней границе защищаемой территории со стороны притока грунтового потока. Трассу прокладывают с учетом размещения застройки, по возможности, в местах с более высокими отметками водоупора.

Оптимальная схема дренирования — пересечение трассой потока грунтовых вод по ширине и заглубление дрен в водоупорный слой (рис. 2.12). Поэтому линейная головная система эффективна на узких, вытянутых в длину участках, особенно в таких гидрогеологических условиях, где можно применить дренаж совершенного типа.

Рис. 2.12. Схема однолинейной системы дренажа совершенного типа:

а — план; б — сечение; 1 — здание с подвалом; 2 — трасса дренажа;

3 — направление уклона дрен; 4 — граница участка; 5 — инспекционные колодцы; 6 — выпуски дренажа

При использовании последнего фильтрационная способность водопроницаемого слоя влияет на расход дренажа и сказывается на радиусе влияния дрены вверх по склону, поскольку поток грунтовых вод полностью перехватывается совершенным дренажом.

Если длина линейного дренажа меньше ширины подземного потока, устраивают дополнительные линии по боковым границам защищаемого участка. Так достигается перехват подземных вод, поступающих сбоку. В тех случаях, когда невозможно заложить дренаж на водоупоре, а по условиям дренирования необходимо полностью перехватить подземный поток, ниже дренажа устраивают водонепроницаемый экран (шпунтовый ряд, геомембрану из полимерных или минеральных материалов и т. п.).

При глубоком залегании водоупора дрены закладывают в водосодержащем слое, устраивая несовершенный дренаж. В этом случае фильтрационная способность водопроницаемого слоя имеет большое практическое значение, поскольку влияет на положение сниженного УГВ на защищаемом участке. Для определения положения сниженного УГВ выполняют расчет депрессионной кривой.

Если устройство одной линии головного дренажа не обеспечивает требуемого понижения УТВ, рассматривают другие варианты защиты, в том числе использование двухлинейной системы. В таком варианте на участке прокладывают вторую линию дренажа параллельно головному дренажу. Расстояние между двумя запроектированными линиями определяют расчетом исходя из их совместной работы. Расчетное положение сниженного УГВ сопоставляют с нормой осушения.

Двухлинейную систему дренажа применяют, если защищаемый участок расположен между зонами питания грунтовых вод и их разгрузки местной гидрографической сетью. В этом случае используют сочетание головного и берегового дренажей. Следует помнить, что при использовании двухлинейных систем высокий дренирующий эффект достигается только на участках, сложенных хорошо водопроницаемыми грунтами. В этом случае возможно образование широких депрессионных воронок в результате совместной работы головного и берегового дренажей.

На территории, сложенной слабоводопроницаемыми грунтами, особенно слоистого строения, двухлинейная комбинация не обеспечит желаемого снижения УГВ. В таком случае рассматривают следующие варианты защиты участка от грунтовых вод:

• — заглубленных частей здания — местными системами дренажа;
• — элементов благоустройства и подземных коммуникаций — сопутствующими дренажами;
• — участка — надлежащей вертикальной планировкой и организацией поверхностного стока, что снижает инфильтрацию атмосферных осадков в грунт.

На прибрежных территориях для понижения УГВ, вызванного подпором горизонта воды в реке, устраивают однолинейную систему в виде берегового дренажа. Его прокладывают параллельно береговой линии и закладывают ниже горизонта высоких вод реки. Величину заглубления дренажа определяют расчетом и принимают в соответствии с требуемой нормой осушения. Целесообразность устройства берегового дренажа должна быть обоснована значимостью защищаемого участка, поскольку затраты на строительство и эксплуатацию береговых дренажей, особенно при перекачке больших расходов дренажных вод, достаточно велики. При защите от подтопления небольших участков, например под отдельное здание, в первую очередь рассматривают варианты:

• — локального повышения планировочных отметок поверхности;
• — защиты здания с заглубленным подвальным помещением с помощью местных систем.

Наряду с этим целесообразно использовать планировочные возможности, например, можно «посадить» здание на более высоких отметках естественного рельефа, чтобы уменьшить затраты на мероприятия по защите.

При защите отдельного здания, когда подтопление его подвальных помещений обусловлено ясно выраженным односторонним притоком грунтовых вод (питание сбоку), дренаж проектируют в виде разомкнутого контура. Когда к боковому источнику питания подземных вод добавляется инфильтрация атмосферных осадков, дренаж выполняют по всему контуру защищаемого здания. В зависимости от инженерногеологических условий участка застройки используют пристенную или кольцевую контурную систему.

Кольцевая система выполняет защиту подвальных помещений здания при смешанном питании грунтовых вод и заложении этих помещений в водоносных песчаных грунтах. Традиционные схемы кольцевого дренажа — контурная и контурно-линейная с внешними шпорами. Трубчатые дрены прокладывают на расстоянии 5—8 м от стен здания с учетом требований безопасности и производства работ. Если здание имеет сложную конфигурацию фасада или разнозаглубленные подвальные помещения, дренаж может иметь внешние поперечные ответвления — шпоры (рис. 2.13).

При питании подземных вод сверху в условиях однородного строения водоносной толщи совершенный кольцевой дренаж эффективен и для группы зданий. В последнем случае даже при расположении дрен выше водоупора УГВ устанавливается на отметках, близких к уровню воды в дренах [1]. Кольцевой дренаж применяют также, если питание сверху отсутствует, а повышение УГВ обусловлено поступлением воды снизу. В последнем случае размеры дренажного контура должны быть меньше, чем при аналогичном решении в условиях источников питания подземных вод сверху.

Поэтому глубина заложения несовершенных дрен при защите нескольких зданий одним контуром, а также при большой ширине отдельно защищаемого здания должна обосновываться расчетом с учетом превышения (выпора) депрессионной кривой над уровнем воды в дрене. Если заглубление дрен недостаточно из-за величины выпора, устраивают промежуточные дрены — «рассечки».

С учетом требований безопасности производят расчет расстояния от дрен до стен здания, чтобы исключить вынос, ослабление и осадку грунта под его фундаментом.

Подобные расчеты необходимы и при устройстве несовершенного пристенного дренажа.

Прифундаментный (пристенный) дренаж используют для защиты подвалов и подполий, заложенных в глинистых и суглинистых грунтах; в качестве профилактической меры, а также при наличии грунтовых вод с различными источниками питания.

Проектирование и устройство прифундаментной системы дренажа (в отличие от кольцевой, которая может быть «удалена» от объекта защиты) требует учета ряда особенностей. Традиционные схемы пристенного дренажа типовых гражданских зданий (небольшой ширины и простой конфигурации) характеризуются прокладкой дрен в виде:

— контура — внешнего или внутреннего (под полом подвала), замкнутого или незамкнутого (контурная схема);

Рис. 2.13. Схема контурного дренажа с поперечными шпорами

— контура с линейными внешними (шпоры) и подпольными дренами и/или пластовой фильтрующей постелью (контурно-линейная и контурно-пластовая схемы).

Трассу контурного дренажа привязывают к защищаемому зданию. Расстояние между дренажом и стеной определяется шириной фундамента здания и размером смотровых колодцев. Оно зависит также от заглубления дрен. Пристенные (контурные) и подпольные (в том числе и пластовые) дрены увязывают между собой в высотном отношении таким образом, чтобы обеспечить эффективное удаление воды из-под защищаемого помещения и за пределы здания.

Наиболее распространена схема пристенного дренажа с замкнутым контуром, однако в определенных гидрогеологических условиях и при наличии ограничений планировочного характера возможна прокладка незамкнутого контура. Такие ограничения чаще возникают при реконструкции объектов и воссоздании исторических зданий. Примером может служить схема дренажа воссоздаваемого здания усадьбы Бело- сельских-Белозерских в Санкт-Петербурге (рис. 2.14), которое будет использовано под апартамент-отель.

Рис. 2.14. Схема пристенного дренажа с разомкнутым контуром

Здание имеет сложную конфигурацию в плане (лестницы и пандусы — на фасаде, цокольный этаж, незначительно (на 0,80 м) заглубленный от планировочной поверхности) и возводится на ленточном фундаменте. Площадка строительства находится на Крестовском острове, южнее р. Малая Невка, русло которой выполняет роль естественной дрены.

Основной источник питания грунтовых вод — атмосферные осадки. В период нагонных наводнений режим грунтовых вод зависит от режима колебаний поверхностных вод р. Невы, в которую впадает Малая Невка. Абсолютная отметка прогнозируемого максимального УГВ (2,1 м) практически совпадает с отметкой пола цокольного этажа отеля. Мощность водовмещающих пород — от 6,5 до 15 м. В верхней части геологического разреза участок строительства представлен насыпными грунтами со строительным мусором, в нижней — песчано-супесчаными породами, которые подстилаются суглинками и ленточными глинами. Грунтовые воды со свободной поверхностью приурочены к насыпным грунтам, морским пескам и супесям.

Исходя из особенностей архитектурно-конструктивного решения воссоздаваемого объекта и гидрогеологических условий площадки строительства для защиты цокольного этажа здания нами была выбрана схема прифундаментного дренажа в виде незамкнутоко контура.

В отдельных случаях применяют схему с дренажным контуром под полом подвала, если конструкция фундамента и назначение подвального помещения не ограничивают использование такого варианта.

Обычно прокладка внешних контурных дрен затруднена при наличии инженерных сетей, сооружений или эксплуатируемых зданий, а также при размещении подвального помещения только в части возводимого здания. Тогда используют компенсирующий вариант схемы, прокладывая пристенные дрены под полом подвала. Однако такой прием исключен, если конструкция фундамента защищаемого объекта выполнена в виде плиты.

Необходимость устройства подпольного (линейного или пластового) дренажа диктуется:

• — недостаточной эффективностью контурных дрен;
• — заглублением подвалов в водоносные пласты большой мощности или сложного строения с изменением их состава и водопроницаемости;
• — наличием обводненных замкнутых зон под полом подвального помещения;
• — присутствием напорных подземных вод;
• — необходимостью защиты подвального помещения от сырости при его заложении в зоне капиллярного увлажнения грунтов.

Линейные подпольные дрены в зависимости от условий площадки строительства и характера объекта проектируют в виде трубчатых дрен или щебеночных шпор. На выбор конструкции влияют в первую очередь конструкция фундамента и гидрогеологические условия участка, площадь и конфигурация подвального помещения. Большое значение имеют назначение и планировочное решение защищаемого объема, определяющие при прочих равных условиях возможность устройства инспекционных колодцев в подвальных помещениях.

Современные технологии позволяют свести к минимуму неудобства, связанные с размещением колодцев в подвальных этажах. Небольшие габариты колодцев (диаметр — от 315 мм), надежные конструкции их горловины и люков не создают помех в процессе эксплуатации подвальных помещений. Однако обязательным условием при эксплуатации самих систем является использование соответствующей техники для очистки отстойной части колодцев и промывки труб.

При выборе конструкции внутренних дренажных линий необходимо обращать внимание на качество фильтрационного материала линейных и пластовых систем. Наряду с качественными грунтовыми фильтрами актуальны геосинтетические фильтрующие мембраны и пластиковые геокомпозиты, подобранные с учетом особенностей строительства.

Положение подпольного линейного дренажа в плане увязывают с конструкцией фундамента здания.

Для повышения надежности работы пластовых ленточных дрен в сложных гидрогеологических условиях используют щебеночные колодцы в вертикальных стенках. Отметку верха пластового дренажа согласовывают с конструкцией плиты подвального этажа, низа — увязывают с заглублением наружных пристенных трубчатых дрен (рис. 2.15).

Рис. 2.15. Фрагмент схемы одноленточного пластового дренажа подвала

Наиболее эффективен пристенный дренаж совершенного типа, уложенный с небольшим заглублением в водоупорный слой. При устройстве такого дренажа для объектов небольшой площади можно ограничиться традиционной контурной системой. При этом защиту подвального помещения от капиллярного увлажнения решают с помощью хорошо известных приемов, которые используют в рамках конструктивных решений подземных объемов (отсыпают фильтрующую постель, устраивают гидроизоляционную мембрану ит. п.).

При устройстве совершенного дренажа одной из задач является выбор рационального продольного профиля трассы с наименьшим заглублением дрен в водоупорный грунт. Это в первую очередь относится к объектам большой площади.

Одними из основных факторов формирования трассы являются положение и отметки принимающей сети, определяющие возможность устройства выпусков для сброса расходов дренажа. Наиболее выгодна прокладка протяженной трассы с несколькими транзитными линиями — это позволяет при минимальном заглублении (но не менее нормы осушения) достичь эффективного результата. При таком решении можно максимально приблизиться к защищаемому объекту, поскольку заглубление дрен оказывается выше подошвы фундамента. Кроме того, уменьшается излишнее заглубление дренажа в водоупорные грунты, что позволяет сократить объемы работ и расход материалов на его устройство.

Пример решения совершенного пристенного дренажа, разработанного нами для жилого дома с эксплуатируемым цокольным этажом в Московском районе Санкт-Петербурга, показан на рис. 2.16. Трасса проложена с несколькими транзитными линиями — выпусками в проектируемую ливневую сеть.

Геологические условия участка строительства характеризуются наличием верхней толщи в виде техногенных насыпных отложений. Они подстилаются озерно-ледниковыми отложениями (суглинками легкими пылеватыми тугопластичной консистенции) до абс. отметок 7,2—6,9 м. Ниже этих отметок залегает мощная толща ледниковых отложений в виде суглинков серых и голубовато-серых легких пылеватых. Мощность техногенного слоя (супеси со строительным мусором и примесью органических остатков) — от 1,3 до 2,4 м абс., отметка подошвы — 9,7—8,5 м. С учетом требуемой нормы осушения и необходимых продольных уклонов сети контурный дренаж заложен на кровле суглинков и имеет три выпуска на отметках, позволяющих обеспечить самотечный сброс в проектируемую ливневую сеть.

В практике строительства устройство пристенного дренажа выполняют одновременно с возведением фундамента, поэтому его проектирование может опережать разработку документации по наружным инженерным сетям. Предварительно о положении проектируемой ливневой канализации в плане можно судить по чертежу вертикальной планировки, а о ее заглублении — по отметкам принимающей эксплуатируемой сети.

Рис. 2.16. Схема дренажа с несколькими самотечными выпусками в ливневую канализацию

При проектировании трассы местной системы дренажа могут встретиться два основных варианта: устройство необходимого (в «интересах» дренажа) количества самотечных выпусков и ограниченное (по разным причинам) количество таких выпусков.

Вариант построения трассы совершенного дренажа с самотечным сбросом в фиксированный выпуск проектируемой канализации показан на примере проекта, выполненного автором для воссоздаваемого исторического объекта-гостиницы «Самсон» в Петродворце под Санкт- Петербургом (рис. 2.17).

Рис. 2.17. Схема дренажа воссоздаваемой гостиницы «Самсон»

в Петергофе:

1 — здание гостиницы; 2 — существующее здание

Фундамент здания гостиницы выполнен в виде монолитной плиты толщиной 500 м. Уменьшение ее толщины до 200 м предусмотрено в местах устройства приямков и наружных лестниц. Подвальный этаж заглублен относительно планировочных отметок на 1,5—1,7 м, к наружным стенам примыкают выступающие объемы и подпорная стенка. Подошва фундамента соседнего эксплуатируемого здания (в восточной части участка) заложена на 1,5 м выше подошвы фундамента гостиницы. В северной части участка имеются деревья ценных пород, которые не должны пострадать в процессе строительства и эксплуатации объекта. Техническими условиями предусмотрен сброс расходов проектируемой сети канализации и дренажа в смотровой колодец существующей канализации, расположенный в северо-восточной части участка.

Таким образом, схема дренирования гостиницы формировалась с учетом следующих ограничительных моментов:

• — устройство одного выпуска с фиксированным положением;
• — директивная отметка отводящей канализационной трубы эксплуатируемой сети;
• — минимальное заглубление дренажа при соблюдении нормы осушения и безопасного расстояния от стен проектируемого и существующего зданий;

• — конструктивное решение фундамента лестниц, пандуса, приямков, а также подпорной стенки;
• — сохранность ценных пород деревьев.

При рассмотрении возможных решений оптимальным оказался проектный вариант (см. рис. 2.17), отвечающий требованиям безопасности, эффективности и наименьших затрат при устройстве и эксплуатации местной системы дренажа здания.

Наличие фиксированных по положению и заглублению мест приема дренажных вод ограничивает возможности трассировки дренажа с самотечным сбросом и зачастую сопряжено с необходимостью перекачки его расходов. Предпочтительно самотечное удаление дренажных вод, однако, когда заглубление принимающей канализационной сети не позволяет использовать самотечный сброс, применяют откачку.

Особые трудности при проектировании трассы дренажа могут возникнуть из-за наличия разнозаглубленных подвальных помещений. При большой разнице отметок пола соседних подвальных помещений по периметру защищаемого объекта количество и положение необходимых точек сброса (выпусков) диктуются размещением разнозаглубленных объемов. Интересен в этом отношении пример проектирования профилактического дренажа совершенного типа для подвальных помещений гостинично-жилого комплекса в Пушкине под Санкт- Петербургом.

Строительство ведется на площадке с большим перепадом отметок рельефа, в геологическом отношении представленной техногенными насыпными грунтами (пылеватыми песками со строительным мусором). Техногенные грунты переменной мощности подстилаются ледниковыми отложениями лужской морены (суглинками).

Гостинично-жилой комплекс состоит из трех групп, каждая из которых включает здания, объединенные подземным паркингом (рис. 2.18). На кровле создана эксплуатируемая придомовая среда. Фундамент жилой группы, общий под здания и паркинг, выполнен в виде монолитной железобетонной плиты с перепадом отметок подошвы в соответствии с отметками пола технических этажей жилых зданий и паркинга.

Проектный вариант схемы прифундаментного дренажа отражает влияние разноуровневого заглубления пола подвальных помещений на размещение выпусков. Положение последних в плане, величина перепада отметок пола подвала определяют расположение и количество выпусков, заглубление труб и влияют на конструкцию дренажа.

В рамках данного проекта окончательный вариант прокладки трассы дренажа был принят нами с учетом всех известных требований и принципа минимизации затрат на устройство системы. Отметим, что в рассматриваемых условиях (сложный рельеф, особенности конструкции подземных помещений, большие размеры защищаемого объекта и т. п.) возможности выбора вариантов решения по трассированию прифундаментного дренажа ограничены. Поэтому даже принятый оптимальный вариант схемы с самотечным сбросом расходов в проектируемую канализационную сеть сопряжен со значительными затратами на ее устройство. Это объясняется значительным заглублением сети; геологическими особенностями площадки; необходимостью раз- уклонки фильтрующей постели под фундаментной плитой; различным заглублением подвальных помещений и их положением в защищаемом контуре.

Рис. 2.18. Схема дренажа жилой группы с разнозаглубленными подвальными этажами

При использовании дренажа несовершенного типа, особенно при большой площади защищаемого подвала и глубоком положении кровли водоупора, нельзя ограничиться контурной системой. Требуется устройство подпольных дрен (пластовой или трубчатой) и даже их совместная прокладка.

Подпольные конструкции дрен позволяют компенсировать низкую эффективность контурного дренажа, не меняя его заглубления.

Подпольные дрены защищают подвальное помещение от грунтовых вод, поступающих снизу. Они также служат для удаления подземных вод в пристенную контурную дрену, расположенную с наружной, а при ограничениях по прокладке — с внутренней стороны. На рис. 2.19 приведена схема дренажа паркинга торгового центра «О-Кей» в Выборгском районе Санкт-Петербурга.

Полуподвальное помещение паркинга расположено только в части торгового центра, поэтому его «короткие» стороны оказываются в пятне застройки здания. Планировочное и высотное решения участка также не позволяют проложить внешние дрены по длинным его сторонам.

С учетом этих ограничений и в соответствии с гидрогеологическими условиями площадки строительства устроен контурно-линейный дренаж под паркингом, решенный нами в виде подпольной конструкции. Он заглублен с учетом нормы осушения выше отметки подошвы столбчатых фундаментов, выполненных на естественном основании.

Источник: studme.org

Гидрогеологические условия участка строительства

Гидрогеологические условия участка обусловлены геологическим строением и его геолого-структурными особенностями, которые позволяют выделить на изучаемой территории следующие водоносные горизонты и комплексы:

1) Водопроницаемый локально — водоносный маастрихтский терригенно-карбонатный горизонт (К2 m)

2) Водопроницаемый локально — водоносный сантонский терригенно — карбонатный горизонт (К2 st)

3) Водоносный алъб-сеноманский терригенный комплекс (K1al-K2s)

4) Слабопроницаемый слабоводоносный аптский терригенный

5) Водоносный неокомский терригенный комплекс (K1nс)

6) Водоносный терригенный комплекс юрских отложений (J)

7) Водонепроницаемый неводоносный кампанский терригенно — карбонатный горизонт (К2 km)

8) Водонепроницаемый неводоносный туронский терригенно — карбонатный горизонт (К2t)

Водопроницаемый локально — водоносный маастрихтский терригенно-карбонатный горизонт (К2 m)

Приурочен он к центральным частям межкупольных пространств и грабенам. Представлен Маастрихт белым писчим мелом и мелоподобными мергелями. Мощность отложений изменяется от 6 до 70 м. Водосодержащими породами являются трещиноватые мела и мелоподобные мергели. Мощность трещиноватой зоны обычно не превышает 20-30 м. С глубиной трещиноватость постепенно затухает, в связи с чем мел и мергели становятся водоупорными породами.

Дебиты колодцев и скважин колеблются в пределах 0.01-0,28 дм 3 /с при понижениях 2,2-16,0 м. Воды безнапорные, пополнение запасов происходит за счет инфильтрации осадков и поводковых вод, глубина уровней воды 4-20 м. Минерализация подземных вод пестрая от 4,0 м до 79,0 г/дм З . Воды невысокой минерализации нередко используются местным населением для хозяйственных нужд.

Водопроницаемый локально — водоносный сантонский терригенно — карбонатный горизонт (К2 st)

Отложения сантона прослеживаются в виде узких полос, обрамляющих крыльевые части солянокупольных структур. Получили распространения в центральной части изучаемой территории, в том числе и в районе нефтяного месторождения Макат. На территории работ воды не изучены.

Мощность сантона, представленного писчим мелом, мелоподобным мергелем, а иногда и глинами колеблется от 3 до 11-15 м. Водосодержащими являются трещиноватые мела или мергели. Имеются одиночные данные об опробовании. Уровни воды вскрываются на глубине 5-7,6м на выходах отложений на дневную поверхность. Дебиты колодцев незначительные: от 0,01 до 0,06 дм/с при понижениях 0,1-1,1м.

Минерализация воды составляет 1,5-75,5 г/дм. Практического значения подземные воды для народного хозяйства не имеют.

Водоносный алъб-сеноманский терригенный комплекс (K1al-K2s)

Является основным перспективным комплексом, содержащим воды различной минерализации, пригодные для использования в народном хозяйстве. Распространен практически повсеместно. Литологически комплекс сложен преимущественно глинистыми отложениями с многочисленными прослоями мелкозернистых водосодержащих песков.

Подземные воды приурочены к прослоям и пачкам песков, преобладающих в верхней части разреза. Нижняя часть разреза представлена глинами альба с подчиненными прослоями водосодержащих песков. Нижним водоупорным ложем водоносного комплекса являются глины апта. Водоупорной кровлей в межкупольных понижениях являются глинистые и мергелистые породы турона, а на выходах альба на поверхность — одновозрастные глины, что определяет напорность горизонтов, которая колеблется от 11,4м до 260 м. Максимальные значения напоров приурочены к мульдам, а в присводовых частях куполов формируются слабонапорные или безнапорные воды.

Участки выходов альб-сеноманских отложений на поверхность являются местными областями питания водоносного комплекса, особенно его верхних горизонтов. Глубина залегания кровли комплекса колеблется в широких пределах. На крыльях и присводовых частях куполов он вскрывается на глубине 80 м, а в межкупольных понижениях на глубинах 120-160 м.

На участке нефтепромысла Макат Восточный, намеченном для сооружения водозабора, кровля водоносного комплекса альб-сеноманских отложений залегает на глубине 77-80 м. Общая вскрытая мощность достигает 250 м (скв.2-Н). Песчаные водоносные пласты начинаются с глубины около 100 м и прослеживаются до подошвы вскрытой части комплекса. По данным гамма — каротажа глинистость их постепенно повышается. Суммарная мощность песчаных слоев (эффективная) составляет около 50-60% от общей.

К юго-западу и северо-востоку от участка породы комплекса погружаются на большую глубину (до 150м) а на северо-западе и северо-востоке в присводовых зонах соляно-купольных поднятий они выходят на поверхность земли и разорваны большим количеством разломов различной амплитуды.

Глубина пьезометрических уровней подземных вод 1-6 м, в депрессиях рельефа возможен самоизлив. На самом участке разведки подземных вод глубина пьезометрического уровня 3,10 — 3,40 м, при абсолютных отметках от — 23,47 до — 24,13м (Сkb.1-Ц, 1-Н, 2-Н). Минерализация подземных вод в пределах участка и на сопредельной территории очень высокая 90-125 г/дм 3 . Непосредственно на участке в средних (по глубине) пластах комплекса она составляет около 100 г/дм Воды хлоридные натриевые. Дебиты скважины при пробных откачках из наблюдательных скважин 1-Н и 2-Н составили 3,12 и 3,64 дм /с при понижениях 6,92-5,15 м соответственно. Дебит центральной скважины куста 1-Ц при кустового откачке установился на значении 9,3 дм 3 /с при понижении к концу откачки 6,91м.

Коэффициенты фильтрации, определенные по данным пробных откачек на смежной с участком территории колеблются в пределах 1,4 — 7,7м /сутки, и обычно составляют 2,4 -3,8 м/сутки.

Коэффициент фильтрации, определенный по данным кустовой откачки из скважины 1-Ц составляет, применительно к эффективной мощности водоносных пород, 2,59 м/сут. Коэффициент водопроводимости, определенный по графикам прослеживания колеблется по результатам кустовой откачки из СКВ 1-Ц от 267 до 525м 2 /сут. По результатам восстановления уровня после откачки коэффициент водопроводимости составляет от 258 до 278 м /сут. Коэффициент пьезопроводности по результатам откачки от 2,02 — 10 6 до 4,46-10 3 м 2 /сут, восстановления уровня — от 6,2-10 4 до 5,01-10 3 м 2 /сут.

Слабопроницаемый слабоводоносный аптский терригенный горизонт (Ка)

Отложения апта прослеживаются почти во всех соляно-купольных структурах и представлены темно-серыми глинами с редкими прослоями мелкозернистых песков, мергелей, песчаников. Глубина залегания апта 350м

Мощность водосодержащих мелкозернистых песков не превышает 7 — 8 м. Водообильность отложений невысокая в связи с глинистостью водовмещающей толщи. Воды на участке не изучены. В связи с локальным развитием не находят практического применения.

Водоносный неокомский терригенный комплекс (K1nс)

Имеет распространение на структурах и в межкупольных понижениях. Водовмещающими являются зеленовато-серые мелко-среднезернистые пеки, переслаивающиеся с темно-серыми глинами. Мощность песков колеблется в пределах от 2 — 16 до 40 — 67 м. Воды напорные, пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах 4,8 — 14 м. Водообильность неокомских отложений невысокая. Дебиты скважин 0,2 — 3,5 дм /с. Подземные воды относятся к крепким рассолам с минерализацией от 120 до 223 г/дм хлоридно-натриевого состава.

Водоносный терригенный комплекс юрских отложений (J)

Юрские отложения, за исключением сводов куполов, залегают на больших глубинах и изучены в гидрогеологическом отношении весьма слабо.

Отложения нижней, средней и верхней юры объединяются в один комплекс Водовмещающими являются мелко и тонкозернистые пески с прослоями песчаников и мергелей. Мощность песчаных прослоев достигает 10 м. Глубина вскрытия подземных вод колеблется от 878 до 1078 м. Воды высоконапорные. Дебиты скважин составляют 0,1-3,1 дм 3 /с при понижениях 11-80. Минерализация воды изменяется от 139 до 262 г/дм 3 при хлоридно-натриевом составе.

Водонепроницаемый неводоносный кампанский терригенно — карбонатный горизонт (К2 km)

Распространен на севере и юго-востоке района работ в межкупольных пространствах, сложен мелоподобными и глинистыми мергелями и мергелистыми глинами мощностью 40-50 м, реже до 150 м. Представляет собой водоупорную толщу, перекрывающую нижележащие водопроницаемые отложения и препятствующую инфильтрации в них атмосферных осадков. Кроме того он является нижним водоупором для водоносного горизонта озерных четвертичных отложений.

Водонепроницаемый неводоносный туронский терригенно — карбонатный горизонт (К2t)

Породы комплекса окаймляют крылья соляно-купольных структур, широко развиты в межкупольных пространствах.

Комплекс сложен песчаниками, песчанистыми глинами и глинистыми мергелями, мелоподобными мергелями и писчим мелом сантона. Общая мощность комплекса до 25м, реже до 40м.

Гидрогеологическими методами комплекс в районе работ не изучен. На участках выхода на поверхность он перекрывает песчаные породы сеномана и затрудняет инфильтрацию атмосферных осадков в них.

Источник: studbooks.net

Гидрогеологические изыскания в строительстве

Результаты гидрогеологических изысканий используются для прогнозирования влияния строительства на подземные воды и связанные с ними процессы и элементы окружающей среды, для разработки разделов проектирования, занимающихся организацией строительства, защитными противофильтрационными, противооползневыми и дренажными мероприятиями, предотвращением негативного воздействия подземных вод на сооружения, строящиеся и расположенные рядом с площадкой строительства.

В настоящее время сложилась неблагополучная ситуация в отношении пригодности и обоснованности результатов изысканий для решения таких вполне ординарных задач, как моделирование подпора и дренажа. Гидрогеологические исследования в изысканиях имеют крайне ограниченный объем, а методика доведена до примитивного уровня. Ситуация неблагополучна не только в исследованиях, связанных с гидродинамическим прогнозом, но даже в разделе простой характеристики условий залегания подземных вод и гидрогеологической стратификации разреза.

В свою очередь, и прогнозное моделирование пришло к противоречию. Расчет выдвигается на первый план, в то время как плановые исследования по его обоснованию сокращаются. Теряются системный анализ природно-технической системы, оценка степени сложности задачи. Выполнение прогнозных исследований обретает «конвейерный» характер, что приводит к снижению исследовательского потенциала специалистов в данной области.

Негативную роль играют стандартизация, рыночный подход к программному обеспечению и ориентация на западные продукты. Результатом может стать потеря научно-исследовательского отечественного потенциала, плодотворное развитие которого происходило в предшествующие десятилетия.

Задачами гидрогеологических изысканий, наиболее востребованными в городском строительстве, являются долгосрочный прогноз подпора-понижения поверхности грунтовых вод на территории возведения сооружения и прогноз строительного водопонижения.

В прежнее время эти задачи рассматривались редко. Если и приходилось их решать, то главным условием являлись обоснованность результатов исследований, изучение природных условий и параметров на участке строительства. Моделирование фильтрации подземных вод (аналоговое и с использованием ЭВМ) было трудоемким, и при ограниченных изысканиях использовались аналитические расчеты — простые, но надежные в оценочном прогнозе, которого во многих случаях оказывалось вполне достаточно.

В новое время оказалось, что геофильтрационное моделирование следует проводить практически всегда. А использование метода численного моделирования определяется не столько сложностью гидрогеологических условий и обилием материала (его качество стало несравнимо хуже), сколько наличием сертифицированных компьютерных программ. Этот факт обретает решающее значение, в то время как исследовательская, творческая сторона «за ненадобностью» исчезает.

Дают ли изыскания в строительстве (в том в виде, в котором они сейчас находятся) материал для гидрогеологического прогноза? Ответить на этот вопрос можно кратко: дают, но крайне мало, некачественно и «оторвано» от конкретной задачи.

Почему том изысканий не содержит карту гидроизогипс территории строительства? Ответ: такая карта сразу показывает огрехи измерений уровней подземных вод и квалифицированность исполнителя. Не следует забывать и о том, что первичная полевая документация гидрогеологических наблюдений не находит отражения в отчете. Помимо «статического и динамического» уровней нужны и данные измерений хода уровня воды в скважине, журналы прокачек, конструкция в период измерений.

Но есть и другой вопрос. Всегда ли нужен сам гидрогеологический прогноз, осуществляемый методами математического моделирования? Ведь численная сетка требует насыщения параметрами (характеристиками граничных условий, изменчивости, проводимости и питания) и знания геологического строения для литолого-фильтрационного анализа. И все это по единичным скважинам?

Не надо забывать и про увеличившееся количество фирм и специалистов, которые заняты и в моделировании, и в экспертизе отчетных материалов. Причем специалистов, не всегда поддерживающих свой профессиональный уровень, подчас не только имеющих недостаточные квалификацию и опыт в моделировании и опытно-фильтрационных исследованиях (ОФИ), но и не сохранивших знания в области базовых гидрогеологических дисциплин.

В итоге моделирование становится затратным и при этом малоубедительным видом работ. Ведь геологический прогноз проверить после строительства практически невозможно, если не провести гидрогеологическую съемку. Целевая осмысленность и изыскательская база прогнозных исследований в последние годы обрели формальный характер.

Преобладающий объем моделирования в строительстве может быть назван некорректным из-за отсутствия ОФИ. Результаты же принимаются к рассмотрению («актируются») формально, по требованиям нормативных документов. При этом не учитывается и вариативный характер геологических исследований, и заведомо известные объективные погрешности, которые всегда имеют место, даже при специальных исследованиях.

Точного прогноза при многофакторной зависимости геофильтрационных построений от параметров, баланса, технического решения, заведомо неизвестного питания, техногенной инфильтрации, сопротивления ложа водоема, перетекания ожидать может только неспециалист, зная, что изыскания оперируют данными всего по 5-8 скважинам с «неуверенными» уровнями воды.

Вместе с тем ответить на вопрос, произойдет ли ухудшение гидрогеологических условий, нередко можно и без моделирования, на основе опыта и простых расчетов. Аналитические методы гидрогеологических прогнозов, такие приемы, как метод локальных сопротивлений, метод суперпозиций, обеспечивающие эффективность с минимальными затратами, не находят применения.

Часто и необходимости в моделировании нет из-за очевидного ничтожного влияния строительного объекта на подземные воды. Какой подпор может вызвать 3-подъездное строение даже с совершенной врезкой подземной части в грунтовые воды? Как правило, при реальных соотношениях проводимости и питания для градиентов потоков, типовых на междуречьях и склонах, на удалении 50 м подпор составляет не более полуметра (не имеется в виду случай, когда новый фундамент смыкается с соседним). Посчитать это может и студент 4-5-го курса. Чтобы задуматься о ценности таких прогнозов, надо напомнить, что ошибка измерений уровней грунтовых вод достигает 10-30 см из-за «недовосстановления» при бурении, а сезонная амплитуда их колебаний — более 1,5 м.

Эти соображения, конечно, не исключают осложненные условия, например, подтопление оползневых склонов. Но тогда и проект не может не включать в себя дренаж и другие защитные мероприятия. В этом случае задачи формулируются по-другому и в изысканиях неизбежно будут присутствовать специальные исследования, если, конечно, проектировщик обладает необходимыми интуицией и опытом.

Забывая о том, что детерминированный прогноз является завершающей стадией длительных комплексных исследований, на практике модель использует параметры, изучение которых не проводилось. Они назначаются.

Последнее время в изысканиях все же фигурируют кратковременные наливы и откачки, в основном в/из не подготовленных должным образом разведочных скважин (иногда в/из забоя), создающие видимость ОФР. Такие опыты являются, как отмечали В.А. Мироненко и В.М. Шестаков, «самым дешевым способом получить ошибочные параметры».

Что можно сказать об идентификации параметров решением обратной задачи? Опытно-фильтрационные исследования в изысканиях отсутствуют. Изученность ограничена границами стройплощадки. Чтобы придать убедительность обратной задаче для пополнения информации по уровням воды, используются архивные скважины без системного анализа, без документации наблюдений, иногда 30-летней давности. При этом почему-то и от инженерно-геологических, и от геодезических изысканий требуется использование только новых данных.

Фондовые скважины не могут служить основой для сопоставления модельных и фактических уровней без:

• журналов гидрогеологических наблюдений;
• коррекции данных измерений по времени.

Первое недоступно «за давностью», второе требует проведения специальных исследований и наличия опорных режимных пунктов, что выходит за рамки финансирования локального строительства. Статистическое сравнение и расчет среднеквадратичного отклонения модельных напоров от натурных не содержат доказательств принадлежности выборки измерений к единой совокупности, без чего эти процедуры являются не более чем наукообразным приемом. Следует проводить или разовую гидродинамическую съемку по скважинам, специально пробуренным в радиусе полукилометра от строительного объекта, или анализ гидрогеологических условий по архивным материалам, результатом которого будет карта гидроизогипс.

Выбор того или другого зависит от степени опасности воздействия объекта на окружающую среду и от финансирования проекта. Методически приемлемым является использование карт гидроизогипс, выполненных специализированными учреждениями, например, в Москве —масштабов 25 000 и 10 000, выполненных ЦИГГЭ в 1980 году и Мосгоргеотрестом в 2009 году соответственно. Они являются продуктом многостороннего анализа данных, но, к сожалению, отсутствуют в свободном доступе. Использование же для решения обратных задач моделирования данных по архивным скважинам, без доказательств, недопустимо, равно как и результатов ОФР без возможности повторной интерпретации. Идентификация параметров может проводиться только путем сопоставления интерполированных свободных от «шума» поверхностей гидроизогипс и модельных напоров.

И самое главное. Для корректного решения обратной задачи в неоднородной области непременным условием являются балансовые показатели или результаты кустовых откачек, а лучше — и то, и другое. Нельзя не отметить, что в рамках локального проекта вообще никак не может быть получен ряд параметров, таких как сопротивление ложа водоема, водоотдача, инфильтрационное питание, параметр перетекания. А на них иногда базируются принципиальные технические и экологические решения.

За слабой обоснованностью и формализмом гидрогеодинамического прогноза следует и низкая достоверность экологического прогноза (прогноза подтопления, деформаций, влияния строительных объектов на водоемы и растительность, устойчивости сооружений, загрязнения) и расчета технических параметров водопонижения. Попытка же дать точные характеристики, например, осадок от метрового водопонижения при сезонной амплитуде колебаний уровня подземных вод 1,5-2,0 м, зная параметрическую ущербность модели, только усиливает недоверие и к результатам, и к квалификации исполнителей. Расчет осадок при водопонижении, требуемый раньше в единичных случаях, а теперь почти повсеместно, весьма формален.

На стройплощадке, где понижения напоров значимы, он не нужен, а за ее границами невозможен, так как там не производится изучение грунтов, деформационные свойства которых могут существенно меняться. Большее внимание следует обратить на влияние водопонижения и строительства на разуплотненные зоны расположенных рядом подземных сооружений, коллекторов. Изменение гидродинамики влияет на возобновление пристенной суффозии, деформацию техногенных грунтов с погребенными полостями, плывунных четвертичных образований и на осадку, которая может быть более опасной, чем миллиметровая компенсация изменения гидростатического взвешивания.

ЛЕХОВ М.В.
Ведущий научный сотрудник геологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова

Источник: www.geoygservis.ru