ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И ОСОБЕННОСТИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ Г. САНКТ-ПЕТЕРБУРГА. ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА

GENERAL CHARACTERISTICS AND FEATURES ENGINEERING-GEOLOGICAL AND HYDROGEOLOGICAL CONDITIONS OF ST. PETERSBURG. FORECAST OF CHANGES IN THE HYDROGEOLOGICAL REGIME

Arina Sherstnyova

master's student, Department of Geotechnics, Saint Petersburg State University of Architecture and Civil Engineering,

Russia, Saint Petersburg

АННОТАЦИЯ

Проектирование и строительство подземных сооружений с глубокими котлованами тесно связано с необходимостью учета гидрогеологического режима площадки для исключения возможности аварийных ситуаций.

В данной статье показана общая характеристика и особенности инженерно-геологических и гидрогеологических условий г. Санкт-Петербурга, а также прогноз изменений гидрогеологического режима.

ABSTRACT

The design and construction of underground structures with deep pits is closely related to the need to take into account the hydrogeological regime of the site to exclude the possibility of emergency situations.

This article shows the general characteristics and features of the engineering-geological and hydrogeological conditions of St. Petersburg, as well as the forecast of changes in the hydrogeological regime.

Ключевые слова: инженерно-геологические и гидрогеологические условия, прорыв, напорные воды, аварийная ситуация, суффозия, всплытие.

Keywords: engineering-geological and hydrogeological conditions, breakout, pressure water, emergency, suffusion, ascent.

Подземное пространство Санкт-Петербурга отличается сложными инженерно-геологическими и гидрогеологическими условиями. На территории города можно выделить три характерных грунтовых комплекса по мнению Заварзина Л.Г. [2 с. 46] (рис.1).

К центральной части города относится первый комплекс, которому характерно наличие специфических грунтовых условий: залегание дельтовых отложений в виде мелких и пылеватых песков толщиной от 2 до 5 м, подстилаемых большой толщей слабых озерно-ледниковых и морских отложений. Данный грунтовый комплекс является распространением слабых грунтов, которые обладают большой и неравномерной сжимаемостью [2 с.47].

К северной части города относится второй грунтовый комплекс, который представлен на значительную глубину песками и легкими супесями.

На южной части города распространен третий грунтовый комплекс – область распространение лужской морены.

Рисунок 1. Инженерно-геологическая карта Санкт-Петербурга

 (по Заварзину Л.Г.) I - область распространения слабых грунтов; II - область распространения флювиогляциальных отложений, зандров, камов и озов; III - область распространения лужской морены

В гидрогеологическом отношении в пределах территории Санкт-Петербурга в четвертичных отложениях выделают до 3-х водоносных горизонтов – напорные нижний межморенный, верхний межморенный, а также безнапорный горизонт грунтовых вод поздне – и послеледниковых отложений [3 с.94].

Водоносный горизонт грунтовых вод является первым, уровень которого расположен обычно не ниже 2 м от дневной поверхности, распространён на большей части территории города. Грунтовые воды содержаться в слоях техногенных грунтов, озерно-ледниковых и озерно-морских отложений. УГВ относится к режиму природно-техногенному. Часто встречаются линзы пылеватых песков, содержащих напорные воды, в относительно водоупорной морены, которая является толщей подстилаемой горизонту. Они создают риски прорыва плывунов в ходе строительных работ.

Верхний межморенный водоносный горизонт развит в северной и северо-восточной части города и относится к озерно-ледниковым и флювиогляциальным мелкозернистым и пылеватым пескам. Воды напорные, напор воды варьирует от 2 до 38 м, чем представляют потенциальную опасность в виде прорыва вод в котлован или образование процессов восходящего перетекания напорных вод по сваям.

Нижний межморенный водоносный горизонт расположен в северной и южных частях города, относится к разнозернистым пескам с включениями гравия и гальки. Воды высоконапорные, величина напора составляет 20-70 м. Пьезометрическая поверхность фиксируется на глубине 5-10 м [3 с.95].

Практически вся толща четвертичных отложений может рассматриваться как неустойчивая среда [3 с.95]. Поэтому необходимо спрогнозировать изменения гидрогеологического режима путем математического моделирования фильтрационных процессов численными или аналитическими методами [1].

Существует ряд расчетов и методов для предотвращения одной из аварийной ситуации, как гидравлический прорыв напорными водами в котлованах. Прорывы подземных вод через водоупорную глинистую толщу возникают под действием гидростатического давления и зависят от мощности и прочности водоупора, формы и размеров выработки, а также величины безопасного напора [3 с.95].

Одной из главных условий исключений согласно п. 9.29 [1], которое должно выполняться, показано ниже:

,                                                                  (1)

где   – коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,2;

 – удельный вес воды, кН/м³;

 – расчетная высоты напора воды, отсчитываемая от подошвы проверяемого водоупорного слоя до максимального уровня подземных вод, м;

 – средневзвешенное расчетное значение удельного веса грунта, проверяемого и вышележащих слоев, кН/м³;

 – расстояние от дна котлована до подошвы проверяемого слоя грунта, м.

Одна из аварийной ситуации, которая может возникнуть в результате изменения гидрогеологического режима — это суффозионный вынос грунта.

Механическая суффозия возможна только в несвязных грунтах. Она приводит к увеличению пористости грунта, в результате чего ухудшаются его строительные свойства [4, с. 163].

Для исключения возможности гидравлического разрушения водонасыщенного грунта, сопровождаемого суффозией, при восходящей фильтрации в котловане следует выполнять условие согласно п. 9.30 [1].

 

,                                                                          (2)

где  - коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,2;

I - градиент гидравлического напора в восходящем фильтрационном потоке на выходе в котлован, расположенной вблизи ПФЗ.

Периодически встречаются случаи «всплывших» паркингов, вес которых может быть существенно меньше вытесненной воды. Поэтому при размещении подземной части сооружения ниже УГВ в водонасыщенных грунтах должна быть обеспечена устойчивость сооружения против всплытия [1].

Устойчивость против всплытия обеспечена, если выполняется следующее условие согласно п. 9.31 [1].

,                                   (3)

где  - удельный вес воды, кН/м;

 - расчетная высота напора воды, отсчитываемая от подошвы подземной части сооружения до максимального уровня подземных вод, м;

А - площадь подземной части сооружения, м;

  - сумма нормативных значений постоянных вертикальных удерживающих нагрузок, включая собственный вес несущих конструкций сооружения, кН;

  - сумма нормативных значений временных длительных удерживающих вертикальных нагрузок, включая вес полов и перегородок сооружения, грунта обратной засыпки над обрезами фундаментов и подземной частью сооружения, кН;

 - сумма нормативных значений удерживающих вертикальных составляющих сил сопротивления всплытию в основании, включая силы трения, сопротивления свай выдергиванию, натяжения анкеров и др., кН;

=0,9, =0,85, =0,65 - коэффициенты надежности по нагрузке.

При невыполнении данных условий 1-3 следует выполнить ряд мероприятий, связанных с водопонижением (использование дренажной системы, увеличение собственного веса сооружения или его пригрузка, устройство в грунте вокруг котлована водонепроницаемой противофильтрационной завесы).

Таким образом, на основании вышеперечисленного, к оценке влияния гидрогеологического фактора с точки зрения безопасности строительства и длительной устойчивости различных сооружений, необходимо подходить с учетом следующих двух позиций:

- анализа и оценки инженерно-геологических и гидрогеологических условий территории;

- выявления и прогнозирования нежелательных явлений, связанных с воздействием подземных вод при проектировании, строительстве и эксплуатации наземных и подземных сооружений;

Список литературы:

1.СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* (с Изменениями 1, 2, 3);

2.Мангушев Р.А., Осокин А.И. Геотехника Санкт-Петербурга: Монография. – М.: Изд-во АСВ, 2010. – 264 с.;

3.Земсков А.И. Анализ гидрогеологических условий в подземном пространстве Санкт-Петербурга как фактора безопасного строительства и длительной устойчивости подземных сооружений / Проблемы современной науки и образования, с 92-98;

4.Карабанов П.В., Анисимов В.В. Суффозия – актуальная геотехническая проблема / Вестик МГСУ 2/2008 с.163-168.