from 01.01.2000 until now
Penza, Penza, Russian Federation
from 01.01.2018 until now
Penza State University of Architecture and Construction (Department "Geotechnics and road construction")
Penza, Penza, Russian Federation
from 01.01.2018 until now
Penza, Penza, Russian Federation
from 01.01.2018 until now
Penza, Russian Federation
UDK 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
UDK 62 Инженерное дело. Техника в целом. Транспорт
GRNTI 67.21 Инженерные изыскания в строительстве
BISAC ARC024000 Buildings / General
The possibility of radiation drainage in flooded areas in the cramped conditions of urban development is being considered. The typification of the conditions for the construction of radiation drainage has been performed. Its advantages and disadvantages are examined in detail.
flooding, radiation drainage, typification of conditions
Размах жилищного строительства, увеличение числа промышленных предприятий, увеличение водопотребления и водосброса ведут к усилению нарушений природного баланса поверхностных и подземных вод, к изменению гидрогеологической обстановки территорий, что, в свою очередь, приводит к нарушению условий, необходимых для нормальной эксплуатации зданий и сооружений [1, 2]. Поэтому эти территории нуждаются в инженерной защите от подтопления грунтовыми водами. Защитные мероприятия проводятся с целью общего или локального (для защиты отдельных зданий, сооружений, коммуникаций) понижения уровня грунтовых вод на городских территориях [3].
В большинстве случаев техническая специфика городских территорий (компактность застройки, концентрация коммуникаций и подземных сооружений, ограничение радиуса влияния типичных дренажных систем) создает значительные трудности при устройстве дренажных траншей, трубчатых дрен, водопонизительных скважин и т.п., что существенно ограничивает возможности их использования. Кроме этого, трудности сооружения и эксплуатации дренажей на застроенной территории связаны в свою очередь с трудностью организации стройплощадки, с размещением оборудования и производством строительно-монтажных работ, использованием подъездных путей и т.д. В некоторых случаях при устройстве на городских территориях горизонтального дренажа трубчатого типа необходим демонтаж водопроводных, газовых, канализационных сетей, теплотрассы, шламопроводов и других подземных коммуникаций, а также поиск площадок для складирования грунтов. Это приводит к увеличению капитальных затрат на устройство дренажа и нарушению нормальных условий эксплуатации объектов.
Проведение работ по устройству горизонтального дренажа открытым способом на автомобильных дорогах и городских улицах влечет за собой прекращение движения транспорта, повреждение зеленых насаждений, нарушение благоустройства, что требует значительных средств на восстановление. Повышенными затратами и сложностью ведения работ отличается проходка траншей горизонтального дренажа в зимнее время, когда требуется разрыхлять большие объемы мёрзлого грунта вблизи существующих сооружений и действующих коммуникаций.
Осушение слабопроницаемых грунтов вертикальными скважинами достигается только при частом их расположении на расстоянии от 5 до 15 м друг от друга. Это осложняет размещение скважин, а также их эксплуатацию. При значительных в плане размерах защищаемых объектов невозможно снизить уровень подземных вод с помощью системы водопонижающих скважин.
В связи с отсутствием эффективных способов борьбы с затоплением и подтоплением городских территорий применяется способ инженерной защиты зданий и сооружений от подтопления подземными водами, основанный на применении систем лучевых дренажей. Их устройство возможно в условиях плотной застройки, поскольку для проходки шахтных стволов требуется малая площадь отчуждения полезной территории. Основное преимущество применения лучевого дренажа в стеснённых условиях городской территории в том, что при его сооружении не требуется производить демонтаж различных подземных коммуникаций и остановку производственных цехов.
К числу других преимуществ лучевого дренажа с гидрогеологической и инженерно-производственной точек зрения относятся:
1. Горизонтальное или слабонаклонное расположение лучевых дренажных скважин, позволяющее эффективно осуществлять водоносные горизонты малой мощности до максимальной его производительности.
2. Снижение уровня подземных вод практически до кровли водоносного горизонта, обеспечивающее высокую производительность лучевого дренажа, которая может значительно превышать производительность большого числа вертикальных скважин.
3. Высокая производительность работы лучевого дренажа в грунтах с различными фильтрационными свойствами в разрезе, обусловленная тем, что лучевые горизонтальные дренажные скважины проходят в наиболее водообильном слое. Это обеспечивает наилучшую возможность захвата подземных вод, поскольку весь слой представляет собой дрену в водоносной толще.
4. Способность работать в режиме сброса дренажных вод, при котором не расходуется электроэнергия для отвода воды из лучевых скважин в шахтный ствол.
5. Малый расход электроэнергии на откачку дренажных вод при лучевом дренаже, позволяющий использовать существующие силовые электрические сети на городской территории без строительства дополнительных ЛЭП.
6. Возможность установки небольшого числа водоотливных насосов и применения центробежных насосов с горизонтальным валом, которые имеют большую производительность и более высокий КПД, чем насосы вертикального типа.
7. Высокая производительность лучевого дренажа вследствие работы фильтров главным образом в затопленном положении, доступность их промывки, а при необходимости и замены.
8. Возможность дренирования грунтов на труднодоступных участках, например, под зданиями и сооружениями, в основании которых нередко формируется куполовидное поднятие подземных вод.
9. Небольшой расход дренажных вод при дренировании слабопроницаемых грунтов, позволяющий отводить их в ливневую или промышленную канализацию без строительства дополнительных водоотводных сетей и насосных станций. В определённых геолого-гидрогеологических условиях городских территорий небольшой расход лучевого дренажа может стать решающим фактором в выборе его для защиты зданий и сооружений от подтопления подземными водами.
10. Установка насоса в шахтном стволе на отметке заложения лучевых горизонтальных дренажных скважин, позволяющая использовать его всасывающую способность для вакуумирования дренируемых грунтов, что повышает их водоотдачу и увеличивает эффективность понижения уровня подземных вод.
Лучевой дренаж может применяться как для общего площадочного дренирования, так и для локальной защиты зданий и сооружений от подтопления подземными водами. В условиях дренирования промышленных площадок с высокой плотностью застройки он конкурентоспособен по отношению к горизонтальному дренажу траншейного типа, а чаще становится единственно возможным способом дренажа.
К основным конструктивным элементам лучевого дренажа относятся шахтный ствол, лучевые скважины, оборудованные фильтрами, и насосная станция.
Шахтный ствол служит для сооружения из него лучевых горизонтальных дренажных скважин и сбора дренажных вод, поступающих самотёком из лучевых скважин. При сооружении лучевых скважин нижняя часть шахтного ствола выполняет роль зумпфа для накопления бурового шлама, а при эксплуатации лучевого дренажа она служит резервуаром для дренажных вод, поступающих из лучевых скважин [4].
Лучевые скважины служат для вскрытия водоносного слоя и отвода дренажных вод в шахтный ствол. Их можно оборудовать различными типами фильтров. Насосная станция предназначена для откачки дренажных вод и отвода их за пределы дренируемой территории города.
Можно выделить три типа условий для применения лучевого дренажа: благоприятные, менее благоприятные и неблагоприятные.
Выделенные типы условий отличаются геологическим разрезом подтапливаемых территорий, числом слоёв в разрезе, коэффициентом фильтрации дренируемых грунтов, размерами занимаемых зданий и сооружений, конструкцией фундаментов и расположением их по отношению к водоупору. Для каждого из выделенных типов характерны следующие условия применения лучевого дренажа.
Первый тип. Подтапливаемое здание или сооружение шириной не более 150 м имеет ленточный или сплошной фундамент, подошва которого находится примерно на одной отметке, расстояние от водоупора превышает 1,5–2 м. В этом случае возможно сооружение лучевых скважин на одном уровне, а ширина здания позволяет полностью защитить его от подтопления грунтовыми водами системой взаимно перекрывающихся лучевых скважин. Расположение подошвы фундамента от водоупора на расстоянии более 1,5–2 м обеспечивает заглубление лучевых скважин под уровень грунтовых вод, достаточное для эффективной их работы при коэффициенте фильтрации дренируемых грунтов 0,3 м/сут.
Особенно эффективен лучевой дренаж, если обводненная толща состоит из двух слоёв, т.е. когда слабопроницаемые лессовидные суглинки залегают на хорошо проницаемых песках, подстилаемых глинами. Такой разрез характерен для некоторых районов, перечисленных выше. Заложение лучевых скважин в песчаный пласт позволит наиболее полно сдренировать как его, так и покрывающие лессовидные суглинки. При этом песчаный пласт как бы представляет собой дрену по отношению ко всему водоносному горизонту. Наряду с этим, техническая и экономическая эффективность работы лучевых дренажей будет выше, если их шахтные стволы будут закладываться в вершинах куполов водоносного горизонта. В этих случаях лучевой дренаж заметно снизит или позволит полностью устранить излишнюю подпитку водоносного горизонта, предотвращая повышение уровня подземных вод на обширной части подтопляемой территории, тем самым гарантируя защиту от подтопления зданий и сооружений.
Второй тип. Отличается от первого менее благоприятными условиями для применения лучевого дренажа. Ухудшение условий связано со снижением водонепроницаемости пластов, увеличением ширины здания или сооружения до 200 м, наличием столбчатых фундаментов с неодинаковой отметкой их заложения, приближением фундаментов к водоупору. Так снижение водонепроницаемости грунтов может потребовать, например, наложения вакуума при их осушении. Увеличение размеров здания и сооружения в плане будет затруднять его защиту лучевыми скважинами, так как они имеют ограниченную длину проходки.
Неодинаковая глубина заложения подошвы фундаментов вызовет рост глубины сооружения лучевых скважин. Приближение же фундаментов к водоупорному пласту не будет обеспечивать заглубление лучевых скважин под уровень грунтовых вод, необходимых для их эффективной работы.
1. Voronin A.A. Hydrogeological substantiation and development of methods for draining the sides of quarries using horizontal drainage wells: Diss. for the competition degree of candidate of technical sciences. M., 2016.
2. Khryanina OV, Koshkina N.V., Malkov A.I. To the issue of flooding of the territory // Actual problems of modern foundation engineering taking into account energy-saving technologies: materials of the VI All-Russian Scientific and Practical Conference. Penza: Publishing House of PSUAS, 2015.S. 76-84.
3. SP 116.13330.2012. Engineering protection of territories, buildings and structures from dangerous geological processes. The main provisions. Updated edition of SNiP 22-02-2003.
4. Guidelines for horizontal drilling during trenchless laying of utilities / TsNIIOMTP Gosstroy USSR. - M .: Stroyizdat, 1982.
