ВЛИЯНИЕ ВОДОПОНИЖЕНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ

Искусственное водопонижение при строительстве подземных сооружений приводит к нарушению равновесия системы «грунт — грунтовая вода». Такое нарушение в зависимости от условий водопонижения, типа грунта может привести к следу­ющим последствиям:, просадке грунтов на значительной пло­щади в районе ведения работ по водопонижению из-за откачки воды из верхних слоев грунта и выноса мельчайших частиц; осадке сооружений, дорог, подземных коммуникаций; измене­нию грузонесущей способности грунта; нанесению вреда ланд­шафту, рыбному и лесному хозяйству; обнажению и ухудше­нию работы верхних оголовков свай; возникновению отрица­тельных сил трения при высыхании связных грунтов; осадке висячих свайных оснований пропорционально осадке различных слоев рыхлых грунтов.

Снижение уровня грунтовых вод приводит к осадкам грун­тов, вследствие чего в грунте возникают силы, приводящие к его уплотнению. Степень осадки и уплотнения зависит от фи­зико-механических свойств грунта, его структуры и взаимного расположения отдельных слоев грунта в пространстве.

Оценим, какие дополнительные нагрузки возникают из-за пониженного уровня грунтовых вод.

Плотность грунта в взвешенном состоянии воды

ρ´= ρ ₁— ρ2 = ρ ₃— ρ2 /(1+е) = (ρ _с— ρ ₃)/(1 + е) = (1—n) (ρ _с — ρ ₂)

Плотность грунта после осадки

ρ = (1 +w) р_с/ (1 + e ) = (1—п) р_с (1 + п w ).

Разница р_а = р_п — р' будет

Ра = (р_сw + Р₂)/ (1 +е) = (!—n) (Рс w+ Р₂).

Эта разница, умноженная на ускорение свободного паде­ния g и осадку S в выбранной точке, представляет собой вели­чину нагрузки грунта Р под действием пониженного уровня грунтовых вод, т. е.

P= Ра g S

При водопонижении вместо давления принимают дополни­тельную нагрузку

ΔP= Ра gΔS

В вышеприведенных формулах:

ρ ₁ — плотность грунта в насыщенном водой состоянии, г/см³; ρ2 — плотность воды, г/см³; рз —плотность грунта в сухом со­стоянии, г/см³; е — коэффициент пористости; р_с — плотность скелета грунта, г/см³; п — пористость; w— влажность.

Максимально возможные дополнительные осадки грунта от действия водопонижения можно определять по формуле [1]:

где - плотность воды; H - мощность водоносного горизонта; h - сниженный напор в расчетной точке; n_p - расчетная пористость пород ; е – коэффициент пористости, полученный при изысканиях; E_p - расчетный модуль деформации грунтов.

Расчет положения уровней грунтовых вод при водопонижении наиболее точно производится при помощи компьютерного моделирования, позволяющего построить карту разницы естественных и пониженных уровней в пределах всей рассматриваемой области. При этом количество скважин, их производительность и расположение определяются из условия недопущения недо- или перепонижения уровней грунтовых вод. При сильном снижении уровней грунтовых вод за пределами ограждения, необходимо также предусмотреть плавный (поэтапный) запуск системы водопонижения в работу, а затем не менее плавное отключение. В противном случае разница осадок в пределах одного здания может превысить допустимые значения.

Возникающие дополнительные нагрузки вызывают осадки грунта, величина которых, зависит от его прочности, характе­ристик слоев грунта и их взаимного расположения. Эти осад­ки могут быть определены расчетным путем. Необходимо от­метить, что осадки по радиусу депрессионной воронки непо­стоянны, а являются функцией понижения уровня грунтовой воды, т; е. функцией расстояния от центра водопонижения и характеристик грунта в рассматриваемой точке. Неодинаковые осадки могут возникнуть также вблизи центра водопонижения при изменяющихся грунтовых условиях. Особенно это замет­но при расположении вблизи центра водопонижения ранее построенных сооружений.

Кроме изменения величин нагрузок на грунт происходит из­менение плотности грунта. После окончания работ по водопонижению могут возникнуть новые деформации сооружений из-за подъема грунта, причиной чего является концентрация связных грунтов в определенных местах, и из-за разгрузки слоев грунта, находившихся в сильно нагруженном состоянии.

Таким образом, водопонижение особенно длительное во вре­мени приводит к негативным явлениям, связанным с осадками земной поверхности, нарушению режима движения подземных вод и другим нежелательным последствиям.

В силу этого к ра­ботам по водопонижению, особенно в условиях плотной город­ской застройки, надо подходить очень осторожно, с прогнозом возможных отрицательных последствий и переходить, где это возможно, на другие альтернативные способы строительства подземных сооружений в обводнённых грунтах.

Способ водопонижения на сегодняшний день является самым распространённым специальным способом строительства городских подземных сооружений в силу его простоты, эффективности, большого опыта применения и дешевизны по сравнению с другими специальными способами.

В последние годы не обоснованно появилось мнение о катастрофических последствиях искусственного водопонижения, вызывающего дополнительные осадки грунта и связанные с этим деформации прилегающих зданий. Избежать проблемы, связанной с возможными последствиями осадок от водопонижения, многим проектировщикам кажется возможным только при устройстве ограждающей конструкции на всю мощность водоносного горизонта, что совершенно не правильно. Такое положение вызвано тем, что к настоящему времени отсутствуют надёжные теоретические исследования влияния процесса водопонижения на осадки земной поверхности в силу сложности описания процессов, происходящих в массиве при водопонижении. Методы компьютерного моделирования пока применяются в ограниченных объёмах и многим проектировщикам недоступны.

Анализ опыта водопонижения в городских условиях показывает, что осадки земной поверхности в процессе его проведения действительно происходят, как правило, плавно по площади и их величина зависит в основном от: конструкции фильтра, глубины и времени водопонижения. Наибольшее влияние на осадки поверхности оказывают время и глубина водопонижения.Например, при глубинах водопонижения более 10м водопонижающими скважинами в течения месяца и более величина осадок может достигнуть 50-70мм, а при водопонижении вакуумными установками в течение 10-20 суток осадки иногда вообще не проявляются или колеблются в пределах 1-5мм и лишь при длительном их применении (50-70суток) осадки могут достичь 10-15мм. В связи с этим, в наиболее ответственных случаях, когда водопонижение осуществляется в условиях плотной городской застройки для прогнозирования возможных осадок необходимо проводить компьютерное моделирование с учётом гидрогеологических условий, технологии производства работ и длительности процесса водопонижения.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: