Подтопление представляет собой комплексный гидрогеологический и инженерно-геологический процесс, при котором под воздействием техногенных факторов, природных причин и явлений происходит повышение уров
Подтопление может инициировать гидрогеологическую чрезвычайную ситуацию (ГГЧС), когда на определенной территории или объекте складывается обстановка, которая может повлечь или повлекла за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей, окружающей среде, материальным и культурным ценностям.
Учитывая значительную неоднородность и изменчивость природной составляющей застроенной территории (в пространстве и во времени), недостаточную изученность формирования и развития неблагоприятных инженерно-геологических (ИГ) и гидрогеологических (ГГ) процессов в результате специфического техногенного воздействия, уникальность и высокую ответственность объектов жилищного строительства, зданий и сооружений застроенных территорий, эксплуатация территории и самих объектов должна вестись в соответствии с основным принципом обеспечения гидрогеологической надежности и безопасности [1]: на всех этапах жизненного цикла зданий и сооружений застроенных территорий в целом необходимо проводить постоянное слежение и оперативную корректировку изменений состояния параметров гидрогеологической и геологической среды и технической подсистемы территории в допустимых пределах колебаний их контролируемых показателей. Например, уровень грунтовых вод (УГВ) должен находиться в установленном диапазоне.
Реализация указанного принципа основывается на создании системы управления подземными водами, которая объединяет в единый комплекс подсистемы мониторинга, интеллектуально-информационной поддержки принятия решений, регулирования (системы инженерной защиты) и обеспечивает защищенность зданий и сооружений [1].
Основными причинами и факторами подтопления объектов жилищного строительства являются техногенные:
Инфильтрация от промышленных объектов на застроенной территории почти в 5 раз превышает естественный уровень инфильтрации от атмосферных осадков (в грунтовые воды просачивается в среднем за год до 10-15 %), что неизбежно приводит к подъему УГВ на эксплуатируемой территории [2].
Выявление источников и причин подтопления, а также факторов ГГЧС является необходимым условием для предупреждения возникновения ГГЧС и обеспечения защищенности зданий и сооружений застроенных территорий.
Для управления режимом грунтовых вод подтопление удобно представить в процессном подходе. При этом выходные параметры подтопления (рисунок) являются факторами ГГЧС. Один из основных факторов ГГЧС - неблагоприятное воздействие подтопления на грунты оснований сооружений и зданий, вызывающее неравномерные осадки, просадки грунтов, изменение прочностных свойств, уменьшение несущей способности грунтов оснований зданий и сооружений. Такие изменения вызывают активизацию новых или инициацию прежних оползневых и карстово-суффозионных процессов, приводящих к авариям, обрушениям, к невозможности дальнейшей эксплуатации зданий и сооружений. Для глинистых грунтов при подтоплении сцепление уменьшается в 2-2,5 раза; угол внутреннего трения уменьшается на 10-15 %; модуль деформации Е снижается в 2-3,5 раза.
Для песков модуль деформации при замачивании снижается на 14-50%, а для суглинков - в 2-4 раза. Объемная плотность этих грунтов изменяется от 1,8 до 2,3 г/см3 [3].
Так, в Москве насчитывается более 15 участков с глубокими оползнями (до 100 м), свыше 300 участков с мелкими оползнями (3% территории Москвы), грунт смещается на 5-10 см/год, иногда 25-30 см/год. За последние 15 лет произошло удвоение мелких оползней. Последствия оползней - разрушение берегов, коммуникаций, зданий, построек. Практически весь правый берег Волги на расстоянии от Нижнего Новгорода до Волгограда (117 оползней, из них 95 - техногенные) представляет оползневой характер на большей части своей протяженности. В Одессе техногенные оползни составляют 70% всех зафиксированных оползней, Киеве - 40%. До 80% современных оползней имеют техногенное происхождение и при наличие склона даже небольшой крутизны ведущую роль в их активизации играют грунтовые воды [4, 5]. Можно сделать вывод, что при формировании оползневой опасности среди управляемых параметров, прежде всего, следует выделить управление режимом УГВ, организацию поверхностного стока, уменьшение нагрузки на склонах.
Основная роль в развитии другого опасного процесса - карстообразования - отводится химическому растворению минеральных веществ в составе породы под действием грунтовых вод.
Грунтовые воды оказывают прямое и косвенное воздействия на фундаменты зданий и сооружений. По данным [2], косвенное или прямое воздействие грунтовых вод на грунты оснований сооружений в 80% случаев приводит к деформациям и авариям зданий.
К прямым воздействиям относятся: подъем уровня грунтовых вод, обводнение заглубленных помещений, колебания зеркала грунтовых вод, дренажные системы, промерзание грунтов.
К косвенным воздействиям относятся: повреждение и утечки из канализационных и водопроводных труб, агрессивность грунтовых вод, технологические воды от предприятий с "мокрым" технологическим процессом, поверхностные воды, набухание грунтов и другие причины.
В результате негативного воздействия грунтовых вод изменяются физические (плотность, консистенция), прочностные (угол внутреннего трения, сцепление), деформационные (модуль деформации) характеристики грунтов, и, как следствие, ухудшается несущая способность грунтов оснований сооружений. Колебания уровня грунтовых вод в результате техногенных нагрузок, утечек, сезонных проявлений и соответствующих водопонизительных мероприятий приводят к неблагоприятным последствиям: суффозионному выносу мелких частиц вещества, просадке грунтов, проседанию земной поверхности, оплыванию откосов и, как следствие, к разрушению зданий, деформации стен, образованию трещин; выщелачиванию (что приводит к увеличению коррозии, изменению минерального состава и свойств грунтов); кольматации; появлению оползневых процессов (разрушения и обвалы зданий, перегораживание рек); карстовым провалам (обрушения участков дорог, зданий, нарушение нормальной эксплуатации зданий).
Понижение УГВ в результате водозаборных и дренажных мероприятий также приводит к изменению свойств грунтов: уплотнению рыхлых и консолидации связных пород; уменьшению пористости грунтов (ведет к уплотнению грунтов и неравномерным осадкам зданий и сооружений); уменьшению коэффициента фильтрации (ведет к скапливанию воды в верхнем водоносном горизонте).
Для обеспечения защищенности объектов жилищного строительства и предупреждения ГГЧС на данных объектах определяющим параметром является критический уровень грунтовых вод, рассчитываемый для конкретного объекта проектировщиками и изыскателями, превышение которого приводит или может привести к ГГЧС.
Наиболее подвержены неблагоприятному воздействию грунтовых вод структурно-неустойчивые грунты к которым относятся пучинистые и сильно сжимаемые глинистые грунты, мерзлые, вечномерзлые грунты, лессовые, просадочные, водонасыщенные, биогенные (заторфованные), засоленные, набухающие. Эти грунты обладают большой неоднородностью и неравномерной сжимаемостью, а возводимые на них сооружения претерпевают большие осадки. Слабые водонасыщенные глинистые грунты имеют низкую прочность (углы внутреннего трения от 4 до 10°, удельное сцепление от 0,006 до 0,025 МПа), структурные свойства характеризуются неустойчивостью и низкой структурной прочностью сжатия. Кратко сведения о воздействии подтопления на структурно-неустойчивые грунты оснований сооружений приведены в таблице [4, 6].
| Типы структурно-неустойчивых грунтов |