В этом кейсе мы покажем не стандартный подход нашей команды для предотвращения аварийной ситуации.
Объект Заказчика из Краснодара имел проблему подтопления котлованов в начале строительства. По данным инженерно-геологических изысканий на объекте, подземные воды встречены на большей глубине, чем глубина заложения дна котлованов, а сам водоносный горизонт изолирован от котлованов водоупорным слоем суглинков и глин.
Появление грунтовых во в шурфе
Изначально компания-проектировщик считала подтопление котлованов результатом действия верховодки — строительство велось в весенний период. Это предположение было опровергнуто тем, что в стенках котлованов залегали водоупорные слои суглинков и глин, подземные воды появлялись со дна котлованов, по мере увеличения глубины котлована, уровень подземных вод стремительно возрастал, водоотлив из котлованов не приводил к снижению уровня. На исследуемом объекте была сооружена сеть канав для отвода подземных вод.
Сеть канав для отвода грунтовых вод от строительных котлованов
Для решения возникшего вопроса инженером-гидрогеологом компании Неоген-Инжиниринг было предложено выполнить опытно-фильтрационные работы. Вопрос был в глубине бурения скважин, оставалась не известна причина появления подземных вод в котлованах. Решение заключалось в замерах восстановления уровня воды в шурфах после проходки на различные глубины.
Проходка шурфа до начала появления грунтовых вод и замер восстановления уровня грунтовых вод в шурфе
Замеренные уровни воды относительно дна шурфа и соответствующее время от начала восстановления записывались в журнал. Кроме того, оценивались габаритные размеры выработок. Для определения естественных уровней подземных вод в каждом шурфе проводился контрольный замер уровня через сутки после окончания основного эксперимента и оценивалась его абсолютная отметка.
Методика интерпретации опытных восстановлений уровней в шурфах аналогична методике интерпретации экспресс-откачки из несовершенной по степени вскрытия скважины в безнапорном пласте. Для интерпретации опытов была использована компьютерная программа ANSDIMAT. Один из графиков интерпретации результатов опробований представлен на рисунке.
График интерпретации результатов восстановления уровня грунтовых вод в шурфе
Верификация полученных значений проведена на основе численной геофильтрационной модели, созданной в программе Processing Modflow.
Таким образом, после обработки результатов замеров в десяти шурфах, для расчетов притоков подземных вод в строительные котлованы рекомендовано было принять осреднённый коэффициент фильтрации равный 11 м/сутки.
После определения осреднённого коэффициента фильтрации инженером-гидрогеологом был произведён прогноз притоков подземных вод в каждый котлован при заглублении котлована ниже уровня подземных вод на один и на два метра. Контуры котлованов задавались при помощи модуля Drain, задача решалась в стационарной постановке. Результаты представлены в таблице.
| № п/п | Наименование | Приток подземных вод при заглублении котлована ниже уровня подземных вод | |||
| на 2 м | на 1 м | ||||
| м³/час | м³/сутки | м³/час | м³/сутки | ||
| 1 | Учебный корпус № 1 | 30 | 725 | 12,5 | 300 |
| 2 | Учебный корпус № 2 | 7,0 | 167 | 3,0 | 70 |
| 8 | Поликлиника | 6.3 | 150 | 2.6 | 63 |
| 22 | Караульное помещение | 1.1 | 27 | 0.5 | 11 |
| 23.1 | Хранилище для ВВТ | 7,0 | 165 | 3,0 | 70 |
| 23.2 | Хранилище для ВВТ | 6.3 | 152 | 2.6 | 63 |
| 24 | Пост ежедневного ТО | 3.5 | 83 | 1.4 | 35 |
| 25 | Пункт ТО и ремонта | 5.6 | 135 | 2.3 | 56 |
| 26 | Аккумуляторная | 1.8 | 42 | 0.7 | 18 |
| 28 | Автомобильный склад | 1.0 | 23 | 0.5 | 10 |
| 35 | Складской комплекс | 36 | 855 | 14.5 | 348 |
| 38 | Склад «НЗ» | 4.6 | 111 | 2,0 | 46 |
| 40 | Склад ТО специальных аппаратных | 3.0 | 75 | 1.3 | 32 |
Построенная численная геофильтрационная модель позволила выявить основной источник обводнения строительных котлованов — это водоносный горизонт приуроченный к пескам (5), из которого происходит перетекание через залегающие в подошве котлованов суглинки (4) в крест напластования, вверх.
Схема напластования грунтов для определения величины градиента напора
Выявление источника обводнения котлованов поставило перед инженером-гидрогеологом новую задачу — на исследуемом участке возможен фильтрационный выпор подошвы котлованов и прорывы подземных вод, которые могут затруднить процесс строительства и отрицательно сказаться на устойчивости возводимых сооружений. Строительство котлованов в обводнённых горных породах может сопровождаться оплыванием бортов.
Инженером компании Неоген-Инжиниринг была проведена оценка гидрогеомеханических процессов при строительстве котлованов, по результатам которой Заказчику было предложено перед строительством крупных котлованов пройти в непосредственной близости от них наблюдательные скважины, вскрывающие водоносный горизонт песков (5) и на основе фактических наблюдений принимать решение о необходимости дополнительного дренирования песков. Критерием необходимости проведения специальных дренажных мероприятий будет являться величина градиента напора, рассчитанная по формуле, которая не должна превышать половины взвешивающего градиент напора ( =0.35) для гарантированного предотвращения разуплотнения суглинков (4). При не выполнении условия I < 0.18 Заказчику рекомендуется сооружение разгрузочных скважин в подошве котлована, которые позволят снизить напоры подземных вод в песках (5) и предотвратить выпор пород в основании котлована и прорывы подземных вод в виде грифонов.
На численной геофильтрационной модели определено, что величина водопритока, поступающего по периметру котлованов с их бортов, не превышает 30% от общего притока подземных вод. Таким образом удельный водоприток на 1 м периметра котлована не превысит 0.5 м2/сутки, при котором не следует ожидать больших длин языков оплывания бортов котлованов.
В грунтовой лаборатории были выполнены химические анализы проб грунтовых вод для оценки их коррозионной агрессивности.
Результаты стандартного химического анализа проб воды из Краснодара
По результатам химического анализа проб подземных вод установлено:
- в соответствии с таблицами В.3 и В.4 СП 28.13330.2012 по отношению к бетону марок по водонепроницаемости W4, W6, W8 подземные воды неагрессивны;
- в соответствии с таблицей Г.2 СП 28.13330.2012 степень агрессивного воздействия на арматуру железобетонных конструкций при постоянном и периодическом смачивании по содержанию хлоридов, мг/дм3 в пересчете на Cl-подземные воды не агрессивны;
- в соответствии с ГОСТ 9.602–2005 грунтовые воды характеризуются:
- низкой коррозионной агрессивностью по отношению к свинцовой оболочке кабеля,
- средней коррозионной агрессивностью по отношению к алюминиевой оболочке кабеля.
Командой Неоген-Инжиниринг были выполнены гидрогеологические исследования в Краснодаре, выявлена причина подтопления котлованов, рассчитаны прогнозные водопротоки в каждый котлован, рекомендованы Заказчику мероприятия для предотвращения выпора пород в основании котлованов и прорывов подземных вод в виде грифонов.
