ГЛАВНАЯ ОБ ИНСТИТУТЕ СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ СПЕЦИАЛИСТЫ НАШИ ПРОЕКТЫ КОНТАКТЫ

Влияние откачек подземных вод на развитие процесса осадок на примере жилого здания в г. Москве.

Влияние откачек подземных вод на развитие процесса осадок на примере жилого здания в г. Москве.

В.А. Тренин

Московский Государственный Геологоразведочный Университет

В настоящее время в г. Москве активно развивается строительство различных зданий и сооружений. Часто в конструкции современных зданий предусматривается глубокая подземная часть с целью устройства в ней автостоянок, торговых залов и пр. В некоторых случаях глубина освоения подземного пространства не ограничивается глубиной залегания уровня грунтовых вод, поэтому при строительстве используются различные виды водопонижения. Зона влияния строительства при этом может охватывать расположенные рядом здания и сооружения, среди них могут быть памятники истории и архитектуры.

Влияние откачек подземных вод на развитие процесса осадок рассматриваем на примере жилого здания в г. Москве по адресу: Слесарный пер., вл. 3.

Площадка строительства расположена у пересечения Слесарного и Орлово-Давыдовского переулков, вблизи станции метро «Проспект Мира» (рис. 1). Жилой дом имеет 14 этажей, встроенные помещения административного назначения и трехэтажную подземную автостоянку. Здание проектируется строить с использованием несовершенной «стены в грунте», а также планируется проводить водопонижение. Основанием фундаментов рядом расположенных зданий являются флювиогляциальные суглинки с прослоями песка, тугопластичные; пески средней крупности, средней плотности, влажные, а также в качестве основания служат моренные суглинки с гравием, тугопластичные. Обследованные фундаменты ленточные, выполнены из кирпича и бутовой кладки, сборных бетонных блоков и железобетонных подушек на сложном растворе. Тип фундамента проектируемого здания – монолитная плита по контуру здания. Строительство здания предусмотрено из монолитного железобетона. Здание имеет I класс по капитальности. Размеры в плане составляют – 40х40 метров.

Рассматриваемый участок в физико-географическом отношении относится к западной окраине Мещерской зандрово-аллювиальной равнины. Поверхность участка ровная, абсолютные отметки колеблются в пределах от 161,20 до 161,50м.

В геологическом строении территории принимают участие отложения верхнекаменноугольного, верхнеюрского и четвертичного возраста.

С поверхности залегают техногенные (насыпные) грунты (tQIV) мощностью от 1 до 5 метров. Насыпные грунты представлены суглинками с примесью песка, с обломками кирпича, бетона и другим строительным мусором. Грунты слежавшиеся, влажные.

Под насыпным слоем залегают флюфиогляциальные отложения (fQIIms). Отложения представлены в верхней части: пластичными супесями с дресвой и гравием; в средней части: суглинками мягкопластичными с прослоями песка, с галькой и гравием; в нижней части: суглинками тугопластичными с прослоями и линзами песка, с галькой и гравием. Мощность отложений находится в пределах 0,5-2,5м.

Флювиогляциальные отложения подстилаются суглинками ледниковой морены днепровского возраста (gQIID). Подошва моренных суглинков на участке близка к горизонтальной и колеблется в пределах отметок 153,40-155,75м. Мощность морены от 1 до 4,4м.

Под суглинками встречена водоносная толща флювиогляциальных песков окско-днепровского возраста (fQIIO-D). Состав толщи можно описать следующим образом: в верхней части залегают пески пылеватые, плотные, ниже – пески мелкие с гравием и дресвой, плотные, ниже – пески средней крупности, плотные, а в нижней части – это крупные, плотные пески. Вся толща песков водонасыщена. Мощность отложений 10,5-15,5м.

Ниже по разрезу следуют маломощные толщи суглинков (gQIIO), и пылеватых, слюдистых песков (QIP-O), мощностью 0,4-2,0 и 0,5-1,3 метров соответственно.

Далее в разрезе принимают участие отложения волжского яруса верхней юры. Представлены, в основном, суглинками с прослоями песка и глинами слюдистыми, полутвердыми и тугопластичными, с обломками древней фауны. Мощность отложений находится в пределах от 17 до 22 метров.

Отложения волжского яруса подстилаются породами оксфордского яруса верхней юры. Породы представлены пылеватыми глинами, слюдистыми с обломками аммонитов и белемнитов. Мощность толщи около 10метров.

Ниже залегают верхнекаменноугольные отложения, представленные чередованием карбонатных и глинисто-мергелистых пород. Отложения напоминают так называемый «слоеный пирог», в котором белые известняки и доломиты переслаиваются с глинами и мергелями. В пределах рассматриваемой территории выделяются измайловская толща известняков верхнего карбона, сложенная преимущественно известняками с прослоями доломитов. Вскрытая мощность толщи около 6-7м.

Гидрогеологические условия территории характеризуются наличием в разрезе двух водоносных горизонтов: надморенного и надъюрского.

Надморенный водоносный горизонт распространен в пределах днепровской морены, залегает первым от поверхности и приурочен в основном к супесчаным и суглинистым флювиогляциальным отложениям московского возраста и песчаным и супесчаным прослоям в суглинках днепровской морены.

Относительно водоупорным основанием надморенного водоносного горизонта служат суглинки днепровской морены мощностью 1-4,4м. Эффективная мощность водоносного горизонта составляет не более 2,5м. Горизонт безнапорный, глубина залегания уровня грунтовых вод составляет преимущественно 1-5м.

Значения коэффициентов фильтрации водовмещающих пород колеблются для песков от 0,5 до 11 м/сут, для супесей 0,1-0,2 м/сут.

Надъюрский водоносный горизонт распространен повсеместно, приурочен к окско-днепровским флювиогляциальным отложениям. Водовмещающие породы характеризуются фильтрационной неоднородностью, как в плане, так и в разрезе и представлены песками разной крупности с многочисленными прослоями пылеватого песка. В пределах изучаемой территории общая мощность водоносного горизонта составляет 10,5-15,5м. Нижний относительный водоупор представлен юрскими глинами мощностью 17-22м, верхний относительный водоупор сложен суглинками днепровской морены. Горизонт имеет напор 2-6м над кровлей. Значения коэффициентов фильтрации водовмещающих пород колеблются для песков от 0,5 до 20 м/сут.

Рассматриваемое здание будет строиться в условиях плотной городской застройки, что может оказать негативное влияние на состояние соседних сооружений (рис. 1). При строительном водопонижении на развитие процесса осадок окружающих зданий и сооружений влияют следующие факторы: способ водопонижения, геологическое строение и гидрогеологические условия площадки, необходимая величина снижения уровня грунтовых вод, способ разработки котлована, и другие факторы. Таким образом, причиной возникновения процесса осадок является снижение уровня грунтовых вод, которое вызывает в толще породы возникновение дополнительных напряжений за счет уменьшения сил Архимедова взвешивания, а они вызывают осадки массивов пород, что влечет за собой осадку дневной поверхности и крайне опасно для близко расположенных зданий. Условием данного процесса является наличие в толще пород водонасыщенных пылеватых песков и супесей, часто имеющих пониженные по сравнению с остальными подстилающими фундаменты грунтами значения прочностных характеристик.

Негативное влияние процесса осадок проявляется в том, что он сопровождается деформацией зданий и сооружений, а это приводит к их частичному или полному разрушению. Наибольшую опасность представляет ситуация, когда в пределах одного здания наблюдается достаточно большой дифферент осадок, а следовательно конструкции здания могут не выдержать таких нагрузок. В нашем случае наибольшей опасности подвержено здание ГИБДД, которое расположено вплотную к строящемуся зданию (рис. 1).

Важным методом исследования процесса осадок является метод компьютерного моделирования. По результатам моделирования можно построить карту распределения дополнительных осадок грунта на данном участке или провести аналитический расчет значений осадок для определенной точки.

Расчет положения уровней грунтовых вод при водопонижении наиболее точно производится при помощи того же компьютерного моделирования, позволяющего построить карту разницы естественных и пониженных уровней в пределах всей рассматриваемой области. При этом количество скважин, их производительность и расположение определяются из условия недопущения недопонижения или перепонижения уровней грунтовых вод. При сильном снижении уровней грунтовых вод за пределами котлована необходимо предусмотреть плавный (поэтапный) запуск системы водопонижения в работу, а затем не менее плавное их отключение. В противном случае разница осадок в пределах одного здания может превысить допустимые значения.

Максимально возможные дополнительные осадки грунта от действия водопонижения можно определять по формуле [1]:

 [1]

где  - плотность воды; H - мощность водоносного горизонта; h - сниженный напор в расчетной точке; np - расчетная пористость пород ; е – коэффициент пористости, полученный при изысканиях; Ep-расчетный модуль деформации грунтов.

Одним из важнейших методов исследования процесса осадок являются мониторинговые наблюдения. Организацию мониторинга и сети режимных наблюдений производят за деформациями зданий. Сеть режимных наблюдений представляет собой систему пунктов получения информации за состоянием зданий. Пункты получения информации – это настенные марки и геодезические маркеры, расположенные вокруг здания, а также это могут быть и пьезометрические скважины, по которым производятся наблюдения за уровнем грунтовых вод, что немаловажно при исследовании процесса осадок.

Во время строительства рассматриваемого здания была организована сеть режимных наблюдений за уровнями грунтовых вод и за осадками соседних зданий. Наблюдения проводились с ноября тысяча девятьсот девяносто девятого года по апрель двухтысячного года. Некоторые результаты прогнозных данных и режимных наблюдений приведены в таблице:

Дополнительные осадки грунта в расчетных точках (рис. 2):

№ расчетной точки

Прогнозные данные

(по результатам моделирования)

Данные режимных наблюдений

Разница осадок, DS, мм

Понижение УГВ, м

Осадки DS, мм

Понижение УГВ, м

Осадки DS, мм

1

2,65

5,80

3,80

6,66

0,86

2

2,80

6,10

3,40

6,61

0,51

3

2,30

5,10

2,75

5,51

0,41

4

2,80

6,10

3,30

6,44

0,34

5

2,55

5,60

3,15

6,19

0,59

6

2,80

6,10

3,40

6,61

0,51

7

2,65

5,80

2,95

5,85

0,05

8

2,55

5,60

2,90

5,77

0,17

9

2,35

5,20

2,50

5,06

0,14

10

1,80

4,10

2,20

4,51

0,41

Видно, что разница расчетных осадок, вызванных работой системы водопонижения, между прогнозной моделью и режимными наблюдениями составляет 1-13% и, в данном случае, связана с некоторым перепонижением уровней грунтовых вод по сравнению с предполагаемым проектом. Значит, исследование процесса осадок с помощью электронных моделей адекватно отражает существующую гидрогеологическую ситуацию, что подтверждено сравнением результатов режимных наблюдений и данных, полученных при моделировании.

На территории г. Москвы под техногенными грунтами чаще всего залегают водно-ледниковые отложения разнообразные по составу и свойствам. Как следствие – различные модули деформации грунтов под фундаментами в разных частях сооружения, разные осадки этих фундаментов и появление трещин в надземных конструкциях. Опыт работы говорит о необходимости увеличения объема инженерно-геологических изысканий на участках, находящихся в подобных условиях, а также тщательное обследование фундаментов и конструкций зданий окружающей застройки, а также проведение аналитических расчетов процесса осадок от действия водопонижения с помощью математического моделирования.

Для уменьшения влияния процесса на соседние сооружения можно провести: устройство буроинъекционных свай, укрепление и увеличение опорной площади фундаментов, закрепление грунтов основания, устройство шпунтового ограждения на всю мощность водоносного горизонта или послеосадочный ремонт здания.

Подводя итог, хотелось бы отметить, что данная проблема в настоящее время изучена слабо, но приобретает все больший интерес и необходимость составления прогноза осадок от действия систем водопонижения при строительстве различных зданий в г. Москве. В дальнейшем, нужно выявить основные закономерности развития процесса осадок, определить все факторы, влияющие на данный процесс и составить адекватную действительности формулу для расчета данного процесса (так как такой формулы нет), которая учитывала бы деформационные и прочностные свойства грунтов, а также реологические процессы, протекающие в них. В настоящее время расчет осадок ведется по формуле Г.Х. Хакимовой применимой к расчетам вертикальных смещений и деформаций систем «плотина-каньон» [1], а также по формуле, которая приводится во «Временных методических рекомендациях по оценке на стадии ТЭО воздействия на окружающую среду (ОВОС) подземных сооружений для строительства в г. Москве» на стр. 18, но данная формула не точна.


Литература:

1. Г.Х. Хакимова «Влияние фильтрационных сил в основании на вертикальные смещения и деформации системы бетонная плотина-каньон»

2. М.В. Королев, Д.В. Сажин «Эффективные способы усиления фундаментов при реконструкции зданий и сооружений». Сборник материалов Международной научно-практической конференции «Реконструкция зданий и сооружений. Усиление оснований и фундаментов». Приволжский дом знаний, Пенза. 1999г.

3. Московские городские строительные нормы МГСН 2.07-97