Лаборатория геологии техногенных процессов
Максимович Н.Г., Горбунова К.А. Изменение гидрогеологических условий в процессе строительства крупного агропромышленного комплекса // Инженерная геология.- 1989.-N5.-С.61-65. /0,3/
Изменение гидрогеологических условии в процессе строительства крупного агропромышленного комплекса
Н.Г. Максимович, К.А. Горбунова
| Показано изменение гидрогеологических и инженерно-геологических условий в процессе строительства крупного объекта на территории Пермской области. Подъем уровня подземных вод и их засоление до 15 г/л на одном из участков существенно осложнили инженерно-геологическую обстановку. Обосновывается необходимость организации наблюдений за изменением инженерно-геологических условий в процессе строительства. |
При проектировании промышленных и гражданских объектов инженерно-геологические условия оцениваются главным образом на основе данных изысканий, предшествующих строительству, и в меньшей степени прогноза их изменения во времени. Одним из этапов, когда геологическая среда подвергается существенному, а в ряде случаев и максимальному (экстремальному) техногенному воздействию, является процесс строительства. Он сопровождается перемещением значительных объемов грунта, использованием искусственных материалов с отличными от естественных физико-механическими, фильтрационными и химическими свойствами, что приводит к изменению гидрогеологических и инженерно-геологических характеристик массива.
В ряде случаев принятые на основании данных об естественных свойствах массивов проектные решения не соответствуют условиям, сформировавшимся к моменту завершения строительства, что может быть причиной аварийных ситуаций. Несмотря на .это, оценке инженерно-геологических условий, возникающих в ходе промышленного и гражданского строительства, не уделяется должного внимания. Авторский надзор проектных организаций не всегда фиксирует указанные ситуации, так как не располагает необходимыми техническими средствами и специалистами.
Наиболее сильной трансформации подвергается подземная гидросфера [2, 7]. Подземные воды являются элементом геологической среды, в первую очередь реагирующим на внешнее воздействие. Изменение гидрогеологических условий может негативно воздействовать непосредственно на инженерные сооружения (подтопление) и на свойства грунтов, что способствует активизации неблагоприятных геологических процессов. Как отмечают исследователи [8], причиной 80% аварийных ситуаций является изменение режима подземных вод при проведении строительных работ.
К факторам, воздействующим на гидрогеологические условия в процессе строительства, относятся перепланировка земной поверхности, которая определяет условия питания и разгрузки подземных вод, рыхление или уплотнение грунтов, устройство дренажей, утечки из водонесущих коммуникаций и др. Существенное изменение химического состава подземных вод отмечается на участках использования химически активных искусственных грунтов и материалов.
В качестве примера возникновения неблагоприятной инженерно-геологической ситуации в процессе строительства можно привести один из крупных объектов на территории Пермской области. Исследованный участок расположен в 25-30 м выше уреза на склоне долины р. Яйвы, осложненном в южной части ложбиной. На участке, по данным Верхне-КамТИСИЗа, под почвой (0.2-0.4 м) залегают делювиальные суглинки мощностью от 4.0 до 15.8 м, в верхней части туго- и мягкопластичные, ниже — текуче пластичные и текучие. Они включают линзы и прослои глины. Ряд скважин вскрывает на глубине 10.5-16.0 м гравийно-галечниковый горизонт (рис. 1). Коэффициент фильтрации суглинков по опытно-фильтрационным работам составлял 0.08-0.09 м/сут.
В период изысканий (1976 г.) выявлены два водоносных горизонта: верхний в суглинках на глубине 0.3-3.1 м и нижний в гравийно-галечных отложениях на глубине 10.5-13.2 м. В местах неглубокого залегания верхнего водоносного горизонта отмечается заболоченность. Химический состав подземных вод в 1976, 1977 гг. изучен по данным 20 химических анализов. Сухой остаток составлял 80-300 мг/л при преобладающем гидрокарбонатном кальциевом составе. Вода — от слабокислой до слабощелочной, по отношению к бетону обладала слабой или средней выщелачивающей, общекислотной и углекислотной агрессивностью.
В сентябре 1986 г. в одном из блоков строящегося объекта произошло оседание опорной колонны на 60 см, повлекшее за собой прогиба кровли. Вскрытие фундамента показало, что потеря прочности конструкции вызвана разрушением бетона и коррозией арматуры грунтовой водой. Отмечено также проседание двух колонн на 10-20 см, фундаменты которых не корродированы. В связи с этим был проведен анализ гидрогеологических и инженерно-геологических условий, сложившихся на период строительства.
Изменение гидрогеологических условий было установлено путем сопоставления карт гидроизогипс, построенных для двух периодов: 1976 г. по данным режимных наблюдений ВерхнекамТИСИЗа и 1986 г. по данным замеров уровня воды сотрудниками Естественнонаучного института Пермского университета (рис. 2). В 1976 г. грунтовый поток был направлен соответственно рельефу вниз по склону к ложбине в южной части участка. Создание строительных котлованов, заполнение их хорошо фильтрующим материалом, планировка территории сопровождались возникновением небольших бассейнов грунтовых вод с очень малыми гидравлическими уклонами в пределах отдельных блоков. Данные наблюдений в режимных скважинах позволили сделать вывод, что за период с 1976 по 1986 г. уровень подземных вод почти повсеместно повысился на 0.5-1.5 м. В насыпных грунтах местами он залегает выше естественной земной поверхности. Фундаменты и нижние части колонн на таких участках находятся в обводненных грунтах, что ухудшает температурно-влажностный режим в производственных помещениях.
Повышение уровня подземных вод на одном из участков происходило одновременно с значительным изменением их химического состава и агрессивности. Увеличение минерализации подземных вод было вызвано использованием большого количества минеральной соли для оттаивания грунта при создании строительного котлована в зимний период. Соль, завозимая из отвалов Верхнекамского месторождения калийных солей, представляет собой в основном хлориды натрия с включениями сульфатов кальция и хлоридов калия.
 В результате растворения соли сформировались минерализованные, агрессивные к бетону воды.
В 1976, 1977 гг. химический состав верхнего водоносного горизонта характеризовался следующими показателями,
принятыми за естественный фон: сухой остаток 142, содержание и анод хлора 12, сульфатного 26, натрия и калия
14 мг/л. Увеличение содержания макрокомпонентов на засоленных участках оценивается коэффициентом изменчивости
Kи, т. е. отношением содержания компонента в данный момент к фоновому.
Химические анализы проб воды, отобранных в 1986 г., показали, что сухой остаток в отдельных точках засоленных
участков возрос до 15 г/л, содержание иона хлора до 9 г/л (табл. 1). Соли явились источником не
только хлоридов натрия, но и сульфатов. На площади единого из блоков установлены гидрохимические поля,
различающиеся по содержанию хлор–иона, сульфат–иона и сухого остатка
(рис. 3). В первом поле, где Kи сухого остатка достигал 53,
хлора 400, сульфатного иона 80, йода в ряде пунктов обладала сильной и средней сульфатной агрессией. Выше по
потоку от первого поля состав воды не изменился, ниже минерализация воды уменьшалась по мере удаления от
источника засоления. В скважине, расположенной ниже по потоку от строительного котлована, сухой остаток
увеличился незначительно (Kи=4). Таким образом, на данном участке
сформировались аномальные инженерно-геохимические условия техногенного происхождения [1].
Одной из причин осадок фундаментов колонн, вероятно, послужило воздействие на грунты минерализованных вод, которые имели хлоридный натриевый или сульфатно-хлоридный натриевый состав и сухой остаток в отдельных пунктах до 15 г/л. Рентгеноструктурный анализ образцов грунта с незаселенного участка, отобранных в стенках шурфа с интервалом 0.5 м, выполнен на дифрактометре ДРОН–1,5. Он показал, что среди глинистых минералов преобладает монтмориллонит (табл. 2). Согласно литературным данным, у монтмориллонитовых глин при взаимодействии с хлоридом натрия снижаются деформационные и прочностные характеристики (3, 6).
Таблица 1
Химический состав подземных вод на участке засоления, мг/л (17.09.1986 г.)
| № пробы |
HCO3- |
SO42- |
Cl- |
Ca2+ |
Ma2+ |
Na++K+ |
pH |
Сухой остаток |
| 1 |
317 |
122 |
3049 |
273 |
29 |
1942 |
7.1 |
5575 |
| 2 |
348 |
41 |
6398 |
257 |
63 |
4102 |
7.1 |
10135 |
| 3 |
274 |
252 |
8847 |
437 |
51 |
5833 |
6.8 |
15562 |
| 4 |
305 |
311 |
1824 |
205 |
58 |
1200 |
7.3 |
3750 |
| 5 |
348 |
119 |
2624 |
373 |
17 |
1555 |
11.8 |
4862 |
| 6 |
73 |
2049 |
2599 |
241 |
30 |
2567 |
9.2 |
7523 |
Таблица 2
Минералогический состав глинистой фракции суглинков, %
| Минералы |
Глубина, м |
| 1.0 |
1.5 |
2.0 |
2.5 |
3.1 |
| Монтмориллонит |
58 |
76 |
67 |
55 |
70 |
| Каолинит |
10 |
0 |
0 |
15 |
0 |
| Гидрослюда |
12 |
9 |
12 |
9 |
12 |
| Хлорит |
0 |
8 |
8 |
0 |
7 |
| Полевые шпаты |
20 |
7 |
13 |
21 |
11 |
Неблагоприятная ситуация, очевидно, была вызвана подъемом уровня минерализованных подземных вод и их химическим воздействием на основания и фундаменты сооружений.
Приведенный пример показывает, что неблагоприятные инженерно-геологические условия возникают в процессе строительства в связи с осуществлением как проектных решений, так и не предусмотренных техногенных воздействий. Негативные явления на площадке стали возможными, поскольку создавшаяся ситуация определялась субъективными факторами и не могла прогнозироваться, а какие-либо наблюдения за инженерно-геологической обстановкой в процессе строительства не проводились.
Для предотвращения неблагоприятных инженерно-геологических ситуаций, возникающих в процессе строительства или в период эксплуатации сооружений, необходима организация специалыной инженерно-геологической службы [5]. Задачи этой службы должны сводиться к наблюдению за состоянием геологической среды, обоснованию и разработке мероприятий по предотвращению негативных процессов и защите от них сооружений, оценке их эффективности, т. е. мониторингу геологической среды [4].
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
- Воронкевич С. Д. Теоретические основы искусственного литогенеза//Теоретические основы инженерной геологии. Социально-экономические аспекты. М.: Недра, 1985. С. 112—145,
- Дзекцер Е. С., Некрасова Е. Л., Тихонова Н. В. Потенциальная агрессивность подземных вод и организация подземной гидросферы застраиваемых территорий//Инж.геология. 1988. № 1. С. 91—96.
- Заингиров Р. С., Окина Н. А; Лаврова Н. А. Изменение физико-механических свойств хвалынских глинистых пород под влиянием кислых техногенных вод//Изменение геологической среды под влиянием деятельности человека. М.: Наука, 1982. С. 5—9.
- Захаров Ю. Ф. Инженерно-геологический мониторинг строительного и промышленно-хозяйственного освоения равнинных территорий//Инж. геология. 1986. № 1. С. 3—16.
- Максимович Н. Г. Проблемы управления геологической средой промышленных зон городов//Современные проблемы инженерной геологии и гидрогеологии территории городов и городских агломераций. М.: Наука, 1987. С. 268—270.
- Монюшко А. М., Пахомов С. П. Основные закономерности, определяющие устойчивость глинистых грунтов к воздействию обводнения и промстоков (по экспериментальным данным)//Инж. геология. 1985. № 6. С. 35—45.
- Paul T. Change of groundwater level-change of design parameters//Proc. 6 th Budapest Conf. Soil Mech. and Found. Eng. Budapest, 1984. P. 229—236.
- Rethdtl L. Geotechnical effects of changes in groundwater level//Soil Mech. and Foundat. Eng. Proc. 10 Int. Conf. Rotterdam, 1981. V. 1. P. 471—476.
|
|
|
