ПРОГНОЗЫ ПОДТОПЛЕНИЯ И РАСЧЕТ ДРЕНАЖНЫХ СИСТЕМ НА ЗАСТРАИВАЕМЫХ И ЗАСТРОЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени
комплексный научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт
водоснабжения, канализации, гидротехнических сооружений и инженерной гидрогеологии
(ВНИИ ВОДГЕО) Госстроя СССР
СПРАВОЧНОЕ ПОСОБИЕ к СНиП
СЕРИЯ ОСНОВАНА В 1989 ГОДУ
ПРОГНОЗЫ
ПОДТОПЛЕНИЯ И РАСЧЕТ ДРЕНАЖНЫХ СИСТЕМ
НА ЗАСТРАИВАЕМЫХ
И ЗАСТРОЕННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
МОСКВА
СТРОЙИЗДАТ
1991
Рекомендовано к изданию решением секции инженерной геологии Научно-технического совета ВНИИ ВОДГЕО
Госстроя СССР.
Разработано к СНиП 2.06.15-85 «Инженерная защита территорий от затопления и подтопления». Рассмотрены
способы предупреждения подтопления застраиваемых территорий и мероприятия по борьбе с ними. Освещены
методы фильтрационных и гидравлических расчетов горизонтальных и вертикальных гравитационных,
вакуумных и вентиляционных дренажей, а также пневмонагнетательных способов осушения грунтов. Для инженерно-технических работников изыскательских, проектно-изыскательских и научноисследовательских организаций.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящее Пособие разработано к СНиП 2.06.15-85 «Инженерная защита территорий от затопления и
подтопления». В Пособии излагаются основные положения и методы расчета прогноза подтопления грунтовыми водами
застраиваемых и застроенных территорий, необходимого для проектирования предупредительных и защитных мероприятий. Дается методика определения величины дополнительного инфильтрационного питания. Приводится состав мероприятий по предупреждению подтопления территорий и борьбе с ним на подтопленных
участках, характеризуются их конструктивные особенности. Специально рассматриваются вопросы
гидрогеологических (фильтрационных) и гидравлических расчетов применяемых в настоящее время типов
дренажных сооружений, позволяющие выбрать наиболее рациональный тип дренажа.
Все зависимости, рекомендуемые для расчетов, представлены в виде, удобном для практического
использования, специальные функции, входящие в формулы, табулированы и даны в виде таблиц или графиков. Для облегчения пользования приведенными в Пособии методами и расчетными зависимостями в каждом
разделе даны соответствующие примеры расчетов. При проведении расчетов прогноза подтопления территорий и эффективности защитных мероприятий на
конечные результаты оказывают большое влияние достоверность исходных фильтрационных параметров и
величина дополнительного питания грунтовых вод. Эти параметры должны быть определены по результатам
специальных полевых гидрогеологических работ. Подтопление развивается, главным образом, в
слабопроницаемых грунтах, для определения свойств которых традиционные методы проведения опытно- фильтрационных работ мало пригодны. Поэтому следует отдавать предпочтение нетрадиционным методам, к
числу которых относятся экспресс-методы. Экспресс-методы (экспресс-откачки, наливы и нагнетание воздуха в
пласт через скважины) позволяют сократить сроки проведения опытно-фильтрационных работ и повысить
точность определения параметров, поэтому они должны найти широкое применение в практике инженерных
изысканий. С этой целью в ближайшее время должны быть разработаны специальные пособия и рекомендации,
посвященные экспресс-методам определения фильтрационных параметров.
Данное Пособие рассчитано на специалистов, занимающихся вопросами проектирования мероприятий по
предотвращению и борьбе с подтоплением территорий.
Настоящее Пособие разработано ВНИИ ВОДГЕО Госстроя СССР: д-р техн. наук А. Ж. Муфтахов — разд. 1 — 6,
инженеры И. В. Коринченко — разд. 3, 4, 6, Н. М. Григорьева — разд. 6, В. И. Сологаев — разд. 2 — 5, канд. техн. наук
А. П. Шевчик — разд. 3 — 6, прил. 1 — 17.
1. ПРИЧИНЫ И ФАКТОРЫ ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
1.1. Строительное освоение территорий и эксплуатация зданий, сооружений и других объектов,
расположенных на слабопроницаемых грунтах, практически повсеместно сопровождаются накоплением влаги в
толще грунтов и подъемом уровня грунтовых вод даже в тех случаях, когда до начала освоения территории
грунтовые воды вообще отсутствовали. Такой процесс называется подтоплением (или техногенным
подтоплением). Он возникает и развивается вследствие нарушения сложившегося природного динамического
равновесия в водном балансе территории. Эти нарушения возникают в результате практической деятельности
человека и на застраиваемых территориях обычно развиваются в две стадии — при строительстве и эксплуатации
[37, 43].
Подтопление развивается также вследствие подпора грунтовых вод при создании водохранилищ и
сельскохозяйственном освоении территории с организацией поливного земледелия. Подтопление застроенных территорий вследствие подпора при регулировании рек и орошения прилегающих
земель к настоящему времени изучено достаточно хорошо, разработаны методы его прогнозирования,
предупреждения и предотвращения, по этим вопросам опубликовано большое количество специальной
литературы нормативного и методического характера [2, 9, 22, 23].
В то же время техногенное подтопление получило широкое развитие лишь в последние годы, изучение его и
разработка мероприятий по предотвращению далеко не завершены, весьма ограничена специальная литература,
посвященная этому вопросу. Поэтому в данной работе основное внимание уделено прогнозу и предотвращению
техногенного подтопления застраиваемых и застроенных территорий.
В дальнейшем с учетом укоренившейся в практике проектирования, строительства и эксплуатации
терминологии процесс техногенного подтопления территорий авторами называется просто подтоплением. Следует оговорить, что техногенное подтопление — следствие нормальной хозяйственной деятельности
человека. В то же время оно чаще всего интенсифицируется там, где имеются недостатки в проектировании,
строительстве и эксплуатации сооружений. Поэтому своевременный прогноз подтопления осваиваемой
территории и сооружение специальной системы борьбы с ним, т.е. предупредительных и защитных мероприятий, являются необходимым условием нормальной хозяйственной деятельности. Наиболее
актуальными вопросы прогноза и защиты от подтопления становятся на тех участках, где природные условия
благоприятствуют развитию подтопления. Такими являются участки, сложенные слабопроницаемыми и
набухающими при увлажнении грунтами, слабо развитой эрозионной сетью, неглубоким залеганием
водоупорных слоев с неровной кровлей затрудненным поверхностным и особенно подземным стоком Поэтому
На главную | База 1 | База 2 | База 3
Поиск
Поиск по реквизитам
Искать все виды документов
Показать все найденные
Упорядочить по номеру документ
водоупорных слоев с неровной кровлей, затрудненным поверхностным и особенно подземным стоком. Поэтому
вопросам изучения природных (геоморфологических, геолого-гидрогеологических, инженерно-геологических)
условий подлежащих освоению территорий в процессе инженерных изысканий должно уделяться большое
внимание.
ПРИЧИНЫ ПОДТОПЛЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ
1.2. Основными причинами подтопления на стадии строительного освоения застраиваемых территорий
являются изменение условий поверхностного стока при осуществлении вертикальной планировки (в том числе
засыпки естественных дрен — оврагов и водотоков, срезка растительного покрова и др.), а также значительный
разрыв во времени между земляными и строительными работами нулевого цикла, приводящий к накоплению
поверхностных вод в строительных котлованах, траншеях и выемках. Основными причинами подтопления на стадии эксплуатации застроенных территорий (промышленных
предприятий, городов, поселков и других объектов) являются: инфильтрация утечек технологических вод,
промышленных и хозяйственно-бытовых стоков, а также поливы зеленых насаждений, изменение тепловлажностного режима под зданиями, сооружениями и покрытиями, влияние барражного эффекта (задержка
поверхностных и подземных вод зданиями и сооружениями).
Интенсивность развития процесса подтопления и особенности его проявления зависят от природных условий,
характера технологического процесса предприятия, плотности застройки территории, параметров систем
водонесущих коммуникаций (расход, протяженность, плотность коммуникаций и водосодержащих емкостей и
др.).
ИСТОЧНИКИ И ФАКТОРЫ ПОДТОПЛЕНИЯ
1.3. Источники подтопления территорий промышленных предприятий, городов и населенных пунктов
разделяются на естественные и искусственные [42, 43].
К естественным источникам относятся атмосферные осадки (дождевые и талые воды), грунтовые воды, сток
поверхностных вод с окружающих территорий, вода в парообразной форме в грунтах зоны аэрации.
К искусственным источникам относятся воды, накапливающиеся в различных искусственных понижениях
рельефа, котлованах, траншеях, грунтах обратной засыпки, различные резервуары, отстойники, накопители жидких стоков и шламонакопители, гидрозолоотвалы, очистные сооружения, объекты с мокрым
технологическим процессом (цехи мокрых производств, ТЭЦ и др.), водонесущие коммуникации всех видов и
др.
Процесс подтопления развивается в результате воздействия различных факторов или их комбинаций.
Факторы подтопления подразделяются на активные и пассивные. Активные факторы непосредственно вызывают обводнение грунтов и в свою очередь подразделяются на
естественные и искусственные. К естественным активным факторам относят процессы конденсации и концентрации влаги под сооружениями
и покрытиями, а также в грунтах обратных засыпок, инфильтрация талых и ливневых вод. Искусственные активные факторы включают инфильтрацию поверхностных вод из искусственных выработок,
а также обвалованных или перегороженных насыпями территорий, инфильтрацию из водонесущих
коммуникаций, водопотребляющих цехов предприятий, накопителей, отстойников, водовмещающих емкостей, а
также подпор грунтовых вод вследствие устройства водохранилищ, прудов, отстойников, гидротехнических
сооружений, инфильтрацию поливных вод. Пассивные факторы подразделяются на естественные и искусственные.
Естественные факторы объединяют природные, климатические, геоморфологические, геологолитологические, гидрографические и гидрогеологические условия территории.
К искусственным факторам относят нарушение поверхностного стока из-за отсутствия вертикальной
планировки или изменения естественного рельефа.
2. ПРОГНОЗЫ ПОДТОПЛЕНИЯ ЗАСТРАИВАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЙ
ИСХОДНЫЕ ПРЕДПОСЫЛКИ
2.1. Повышение уровня грунтовых вод на застроенных и застраиваемых территориях происходит под
влиянием совокупности различных причин и факторов, совместный учет которых при разработке методов
прогноза подтопления практически невозможен. В то же время детальный анализ динамики техногенного
подтопления показывает, что суммарное воздействие совокупности факторов может быть учтено, если считать,
что на осваиваемых территориях или на их отдельных участках грунтовые воды получают сверху
дополнительное питание определенной интенсивности. Это дополнительное питание обуславливается
нарушением естественных условий стока и испарения атмосферных осадков, инфильтрацией в грунты
всевозможных водопотерь — из водонесущих и водоотводящих коммуникаций, различных накопителей,
технологической воды и т.д. Подтопление территорий происходит также за счет растекания куполов грунтовых
вод, сформировавшихся вследствие кратковременных весьма интенсивных утечек и проливов воды аварийного
характера.
Интенсивность, плановая конфигурация очагов подтопления (источников дополнительной инфильтрации),
продолжительность и характер поступления дополнительного питания весьма различны. При этом в силу
чрезвычайно большого разнообразия природных условий и литологического строения территории в одних
случаях происходит изменение уровенного режима грунтовых вод, в других — формирование техногенной
верховодки или техногенного водоносного горизонта. При этом наряду с изменением уровенного режима
грунтовых вод происходят изменение химического состава подземных вод, влажности и поглощенного
комплекса пород зоны аэрации, а также снижение несущей способности грунтов.
2.2. В соответствии с изложенным прогноз техногенного подтопления территорий включает в себя
количественную оценку следующих гидродинамических процессов:
образования техногенной верховодки на водонепроницаемых линзах в пределах зоны аэрации. Область
распространения этой верховодки в плане ограничена и полностью определяется размерами водонепроницаемых
линз; формирования техногенного водоносного горизонта со свободной поверхностью на региональном водоупоре
в первоначально сухих водопроницаемых грунтах;
изменения уровенного режима существующего в естественных (ненарушенных) условиях горизонта
грунтовых вод вследствие дополнительной площадной инфильтрации, сосредоточенных утечек из водонесущих
коммуникаций или растекания сформировавшихся к моменту прогноза куполов грунтовых вод;
изменения химического состава подземных вод и грунтов под влиянием инфильтрующихся вод;
изменения влажностного режима горных пород зоны аэрации вследствие нарушения ее температурного
режима;
изменения физико-механических свойств грунтов при их увлажнении и обводнении. Исследование перечисленных процессов может быть осуществлено тремя методами — методом аналогии,
аналитическим и моделированием на аналоговых или цифровых вычислительных машинах, а также
экспериментально.
2.3. Метод аналогий основан на накоплении и анализе фактического гидрогеологического материала по
подтоплению конкретных застроенных территорий и последующем переносе этих данных на прогнозируемые
объекты. Для возможности такого переноса геолого-гидрогеологические условия и характер техногенного
воздействия на грунтовые воды на обеих территориях должны быть одинаковы или близки друг к другу. Данный метод обычно применяется в тех случаях, когда полностью исключена возможность составления прогнозов
подтопления территорий на основе более точных методов. Однако в некоторых случаях точные прогнозы и не
требуются, достаточна лишь приближенная оценка возможности подтопления территории с целью постановки
специальных гидрогеологических исследований. В этих условиях метод аналогий оказывается вполне
удовлетворительным.
2.4. Метод моделирования основан на решении дифференциальных уравнений фильтрации на застраиваемых
и застроенных территориях с использованием АВМ и ЭВМ. Этому методу в принципе под силу решение
сложнейших гидрогеологических задач на крупных объектах исследований, например при многослойных
пластах и сложном очертании границ пласта [10, 18, 39].
Из недостатков этого метода в первую очередь следует отметить его неуниверсальность, когда полученное
решение может подходить только для конкретного объекта, а для решения повой задачи требуется построение
иной модели. Кроме того при моделировании на точность получаемых результатов влияют побочные эффекты
модели, такие как шаг сетки, на которую разбивается область фильтрации при моделировании на сеточных
На главную | База 1 | База 2 | База 3
Поиск
Поиск по реквизитам
Искать все виды документов
Показать все найденные
Упорядочить по номеру документ
моделях, а при моделировании на сплошных моделях — дополнительные погрешности вносит неоднородность
электропроводной бумаги и др. Эти обстоятельства повышают требования к исходной информации о фильтрационных и емкостных свойствах водоносных пластов, условиях их питания, дренирования и т.д. Однако
в подавляющем большинстве случаев исходная гидрогеологическая информация, полученная в процессе
инженерных изысканий, совершенно недостаточна, и поэтому наложение неточностей информации изысканий
на погрешности от побочных эффектов модели зачастую обесценивает применение метода моделирования. Необходимо отметить также, что быстрому получению результатов решения задачи при моделировании
предшествует довольно длительный этап сборки модели, отладки программы на ЭВМ и т.п.
2.5. Аналитические методы прогноза подтопления не уступают, а сейчас зачастую и превосходят в точности метод моделирования. Точность аналитических методов зависит уже только от достоверности исходной
гидрогеологической информации и точности решения дифференциальных уравнений фильтрации. Другим
преимуществом аналитических методов является их универсальность, когда, располагая набором решений для
типовых гидрогеологических схем, можно решать широкий круг задач. Отмеченные обстоятельства позволяют сделать следующий вывод — построением простейшей модели области фильтрации и последующей ее реализации на АВМ и ЭВМ более достоверные результаты другим
(аналитическим) методом получить нельзя. Поэтому основным методом прогноза подтопления застроенных и
застраиваемых территорий следует считать аналитический, хотя для получения более дифференциальных по
площади данных по прогнозу уровней может оказаться необходимым применение метода моделирования. Следует также отметить, что по методам прогноза подтопления территорий на АВМ и ЭВМ опубликовано
значительное число работ [10, 18, 34, 39], особенно в последние годы, это освобождает авторов от
необходимости детального их рассмотрения.
Вопросы изменения химического состава подземных вод и влажностного режима пород зоны аэрации при
подтоплении в настоящее время практически не изучены, поэтому в данной работе они не рассматриваются. Не
затрагиваются также вопросы изменения физико-механических свойств грунтов при подтоплении, поскольку
они выходят за рамки данной работы.

Написать комментарий