Роль гидрогеологического моделирования и оценки влияния на гидрогеологические условия при строительстве подземных и заглубленных сооружений в г. Москве

ВЕСТНИК 3/2009

РОЛЬ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ НА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ПОДЗЕМНЫХ И ЗАГЛУБЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ В г. МОСКВЕ

И.В. Аверин, Н.Н. Ракитина, И.В. Кокорев

ГАСИС

Условия строительства в г.Москве постоянно усложняются. В связи с плотностью существующей застройки и строительства «точечных» высотных зданий, резко активизировалось использование подземного пространства. Подземные площади используются под автостоянки, торгово-развлекательные центры, складские и другие помещения хозяйственного назначения.

Современные мегаполисы характеризуются сложными гидрогеологическими условиями: постоянно действующие откачки, утечки техногенных вод, барьеры на пути фильтрации грунтовых вод, заглубленные сооружения, прорезающие водоупорные толщи - все это полностью меняет естественный характер потока, сложившийся в природных условиях и не позволяет применять стандартные уравнения для решения гидрогеологических задач.

Уровень грунтовых вод в г.Москве преимущественно расположен на глубине первых метров от поверхности земли, а глубина проектируемых сооружений зачастую превышает 15 - 20 метров (как правило 3 - 4 подземных уровня). В сложившихся условиях подземные сооружения, частично или полностью перекрывающие водоносные горизонты, являются барьерами на пути фильтрации грунтовых вод. Барражный эффект сопровождается нарушением режима фильтрации, приводит к подтоплению прилегающих территорий, нарушению стабильности экологических и санитарных условий, снижению прочностных и деформационных свойств грунтов, может вызвать осадки оснований зданий окружающей застройки.

В этой ситуации, при проектировании сооружения, необходимо учитывать возможные изменения гидрогеологической обстановки и предусматривать комплекс мероприятий, реализация которых, с одной стороны - обеспечила бы нормальные условия строительства и эксплуатации проектируемого сооружения, с другой стороны - позволила бы минимизировать изменения существующих гидрогеологических условий, обусловленных строительством и эксплуатацией сооружений, на прилегающей территории.

С целью предотвращения негативных последствий и оптимального выбора глубины подземного сооружения в условиях плотной городской застройки необходимо выполнять гидрогеологическое моделирование территории с учетом всех факторов, влияющих на изменение первоначального характера потока и, в первую очередь, с учетом проектируемого подземного сооружения.

ООО «СК ОСНОВА» в 2008 году выполняло комплексные инженерно-геологические изыскания для строительства административно-офисного здания, расположенного по адресу: г.Москва, ЮВАО, ул.Старообрядческая, д.46А.

Проектируемое сооружение представляет собой 2 - 4-х этажное здание с габаритами в плане 65,0 х 34,0 м и подвалом глубиной 12 м. Сооружение относится к категории

3/2009 ВЕСТНИК

уникальных. В непосредственной близости от площадки изысканий расположены: развязка Третьего Транспортного Кольца, завод им.Войтовича, административные и жилые здания.

При моделировании геофильтрации использовались программные средства, разработанные ЗАО «Геолинк-Консалтинг», являющимся основным разработчиком программного обеспечения для ведения государственного мониторинга подземных вод на территориальном и региональном уровнях.

В процессе работ был собран и проанализирован фактический материал по 95 - 100 скважинам, пробуренным на участке строительства и прилегающей территории в различные годы. В результате анализа и обобщения имеющихся материалов применительно к поставленным задачам были схематизированы гидрогеологические условия, составлены исходные карты гидроизогипс расчетных водоносных горизонтов, представлена схема фильтрационного потока в нижележащих водоносных горизонтах и создана детальная геофильтрационная модель.

В пределах участка строительства и прилегающей территории первый от поверхности земли надморенный водоносный горизонт приурочен к аллювиальным отложениям, уровень грунтовых вод отмечается на глубинах 2,0 - 3,0 м.

Подземные воды верхнекаменноугольного водоносного горизонта вскрыты на глубине 9,0 - 13,0 м от уровня дневной поверхности. Горизонт является напорным, величина напора достигает 7,0 м. В местах отсутствия водоупорных моренных отложений водоносные горизонты сливаются.

Анализ проектных предложений и существующей гидрогеологической ситуации показывает, что низ фундаментной плиты проектируемого сооружения будет находиться в пределах верхнекаменноугольного водоносного горизонта.

В строительный период для осушения котлована потребуется практически полностью сдренировать надморенный водоносный горизонт на участке строительства и на 8 - 9 м понизить существующий уровень подземных вод верхнекаменноугольного горизонта. Глубокое водопонижение на участке строительства может вызвать неравномерное оседание земной поверхности на прилегающей территории и привести к деформациям сооружений и коммуникаций.

Одним из наиболее эффективных вариантов защитных мероприятий, является устройство «стены в грунте», построенной до начала заложения котлована по периметру проектируемого сооружения и заглубленной на 2 - 3 м в глины воскресенской толщи верхнего карбона. В существующих гидрогеологических условиях низ «стены в грунте» рекомендуется на глубинах 47 - 48 м от поверхности земли.

Как показали результаты моделирования, прогнозная величина повышения уровней грунтовых и подземных вод надморенного и верхнекаменноугольного водоносных горизонтов в зоне контакта со «стеной в грунте» составит не более 0,1 м, а на расстоянии 50 - 60 м от участка строительства прогнозный уровень практически не изменится относительно существующих условий.

Совершенно очевидно, что строительство «стены в грунте» по периметру проектируемого сооружения до глубины 47 - 48 м очень дорогостоящее и сложно осуществимое мероприятие, поэтому для прогнозной оценки изменения гидрогеологической обстановки, с целью выбора окончательного проектного решения, было выполнено вариантное геофильтрационное моделирование.

На модели были заданы предельные условия водопонижения на участке строитель-

ВЕСТНИК 3/2009

ства до глубин 13,0 м, 9,0 м, 5,0 м и выполнено прогнозное моделирование гидрогеологической обстановки.

При условии водопонижения на строительной площадке до глубины 13,0 м прогнозное понижение уровня подземных вод верхнекаменноугольного водоносного горизонта составит:

- в пределах участка - около 9,0 м;

- на расстоянии 140 - 160 м к северу от участка строительства - около 5.5 м;

- на расстоянии 280 - 300 м - около 4 м;

- на расстоянии 480 - 500 м - 2.6 - 2.7 м.

При условии водопонижения на строительной площадке до глубины 9,0 м прогнозное понижение уровня подземных вод верхнекаменноугольного водоносного горизонта составит:

- в пределах участка - около 5,5 м;

- на расстоянии 140 - 160 м к северу от участка строительства - 3,0 - 3,2 м;

- на расстоянии 280 - 300 м - около 2.5 м;

- на расстоянии 480 - 500 м к северу от участка строительства - 1.6 - 1.7 м.

При условии водопонижения на строительной площадке до глубины 5,0 м прогнозное понижение уровня подземных вод верхнекаменноугольного водоносного горизонта составит:

- в пределах участка - 1,6 - 1,8 м;

- на расстоянии 140 - 160 м к северу от участка строительства - 0,7 - 0,8 м;

- на расстоянии 280 - 300 м - около 0.4 м;

- на расстоянии 480 - 500 м к северу от участка строительства - около 0.1м.

Результаты моделирования показали, что водопонижение на участке строительства

до глубин 13,0 и 9,0 м вызовет значительное снижение уровня подземных вод на участке строительства и прилегающей к нему территории.

При принятии проектного решения разработки котлована при водопонижении в условиях отсутствия «стены в грунте» по периметру сооружения, было рекомендовано ограничиться одним подземным уровнем с заглублением до 5,0 м.

При этих отметках прогнозные понижения уровней подземных вод на прилегающей к объекту территории будут незначительными и находиться в пределах среднемно-голетних амплитуд их колебаний.

Более глубокое водопонижение на участке строительства вызовет существенные изменения уровней подземных вод на прилегающей территории и может привести к развитию опасных инженерно-геологических процессов, деформациям окружающих зданий, сооружений и коммуникаций.

Совершенно очевидно, что роль гидрогеологического моделирования в условиях городской застройки в последнее время сильно возросла. Применение современных методик и технологий позволяет проектировать подземные сооружения, строительство которых оказывает существенное влияние на гидрогеологические условия территории в радиусе до 1,0 км. Помимо оседания земной поверхности и развития деформаций сооружений в зоне влияния, изменение уровня подземных вод может привести к развитию неучтенных ранее опасных инженерно-геологических процессов, существенному удорожанию, как объекта строительства, так и инженерной защиты окружающих территорий.

Рецензент: профессор, д.т.н. М.Ю. Абелев