Учет возможных последствий подтопления территорий при проектировании гидротехнических сооружений

Строительство подпорных гидротехнических сооружений на реках, когда подземные воды гидравлически связаны с верхним бьефом до или после их возведения, приводит к подпору и повы­шению уровня подземных вод на прилегающей к реке территории.

Устройство судоходных, оросительных и сбросных каналов вследствие фильтрации воды из них также может вызвать повышение уровня подземных вод и подтопление прилегающих к ка­налам промышленных площадок и городов.

Некоторые причины подтопления территорий, связанные со строительством гидротехнических сооружений, показаны на рис.2.7.1.

В действительности подтопление территорий в связи со строительством гидротехнических сооружений встречается сравнительно редко, так как обычно одновременно с их осуществлением проводятся мероприятия по защите территорий от подтопления.

Так, например, в связи со строительством водохранилища оказалась подтопленной выбранная для застройки площадка крупного предприятия текстильной промышленности. Пло­щадка располагается на террасе реки в 800 м от ее уреза. Терраса сложена песками, пылеватыми в верхней части, крупными и гравелистыми внизу, мощностью до 10-12 м. Подземные воды до подпора залегали на глубине 2-3 м от поверхности земли и были гидравлически связаны с рекой. После наполнения водохранилища их уровень на площадке повысился на 1,2- 1,5 м и в пониженных местах образовались заболоченности. Таким образом, площадка оказалась подтопленной, и, прежде чем приступить к строительству, пришлось устроить дренаж.

В непосредственной близости от описанной площадки находится действующий завод резиновой промышленности; на его территории до создания подпора был построен канали­зационный коллектор, уложенный в сухих грунтах; стыки его, как оказалось, заделывались не достаточно тщательно. Через 4 года, в результате подпора и повышения уровня подземных вод на 2,5-3 м против его естественного положения произошло подтопление коллектора, который превратился в интенсивно работающую дрену, что повлекло за собой вынос в коллектор мелких частиц грунта и привело к просадкам и разрушению коллектора.

Рис.2.7.1. Причины подтопления территорий, связанные со строительством гидротехнических сооружений

а - при защите территории от затопления обвалованием б - устройство канала в насыпи; в - следствие сооружения водохранилища; г - создание искусственного препятствия на пути естественного дренажа вследствие ошибок в проектировании отдельных сооружений, например, возведение причальной стенки без надлежащего отвода воды из пазухи

Примером предотвращения подтопления территории при подпоре воды в реке является глубокий дренаж в одном из городов. В связи с намечавшимся повышением горизонта воды в реке в ее прибрежной части должно было произойти повышение уровня подземных вод на 3 м и подтопление города на площади около 500 га. Такое подтопление угрожало нормальной деятельности многих предприятий и жилых кварталов города. Для защиты территории вдоль реки на про­тяжении около 4 км был построен дренаж, обеспечивающий и в настоящее время, т. е. после создания подпора, сохранение есте­ственного уровня подземных вод.

Помимо защиты от подтопления территории в целом, применяется также местное ограждение отдельных сооружений. В частности, это было применено, например, для одного из крупных жилых зданий того же города. Подвалам здания угрожала опасность подтопления в связи с поднятием горизонта воды в реке. В данном случае был осуществлен кольцевой защитный дренаж.

Приведем еще один пример защиты от подтопления территории при подпоре воды в реке. Часть города, которой угрожало подтопление, расположена на пойменной террасе, которая сложена аллювиальными глинистыми песками с коэффициентом фильтрации 1,0-1,5 м/сут. с линзами галечника и суглинков. Расчеты подпертого уровня подземных вод показали, что подпор распространится вглубь берега на 1 км, а уровень повысится в среднем на 2 м (рис.2.7.2). В результате многие подвальные помещения и городские подземные коммуникации должны были оказаться подтопленными. Устройство защитного берегового дренажа полностью обезопасило территорию – уровень подземных вод был снижен на 0,8-1,0 м ниже первоначального уровня, наблюдавшегося при образовании водохранилища.

При эксплуатации гидротехнических сооружений может возникнуть необходимость понижения уровня грунтовых вод вследствие недоучета геологических условий при проектировании сооружений или при ошибках, допущенных при строительстве.

Рис. 2.7.2. Подтопление городской территории в связи со строитель­ством плотины

1 - глинистые пески; 2-суглинки; 3 - галечники; 4 - глинистая кора выветривания скальных пород; 5-скальные породы; 6 - первоначальный уровень подземных вод, 7 -подпертый уровень (по расчетам); 8 - пониженный уровень при работе дренажа

Рассмотрим случай понижения уровня грунтовых вод, необходимость которого возникла при эксплуатации одного из шлюзов (рис. 2.7.3).

Рис.2.7.3. Схема водопонижения в районе шлюза

1 - камера шлюза; 2 - уровень воды верхнего бьефа; 3 - напорный уровень в подстилающем пласте; 4 - напор воды в пласте вне зоны влияния разгрузочных скважин; 5 - разгрузочные скважины; 6 - засыпка песчаным грунтом; 7 - стены и днище шлюза; 8 - прослойка суглинков; 9 - напорный водоносный песчаный слой; 10 - уровень воды нижнего бьефа

Непосредственно под основанием шлюза залегают мягкопластичные суглинки с линзами супесей и мелкозернистых песков, мощность слоя которых составляет 1,5 - 4,0 м. Они сильно насыщены водой и очень подвижны. Слой суглинков подстилается песками, в которых имеются напорные грунтовые воды, причем напорный уровень грунтовых вод достигал 11,0 м над основанием камеры шлюза, вследствие большого напора произошел прорыв противофильтрационной шпонки между полусекциями камеры и началось интенсивное поступление воды и увлечение ею грунта из-под основания камеры внутрь ее, что привело к образованию каверн в основании, резкому увеличению осадок камеры и перекосу ее.

Для нормализации работы сооружения были приняты меры к понижению уровня грунтовых вод с помощью вертикальных колодцев за счет принудительной откачки, произведено нагнетание цемента под основание и осуществлен ремонт шпонки.

Кроме того, было принято решение осуществлять постоянную разгрузку имеющегося напора на слой суглинков в основании шлюза путем устройства самоизливающихся разгрузочных скважин, расположение которых показано на Рис.2.7.3. Расстояние между скважинами вдоль оси шлюза было принято около 30 м. Устройство скважин обеспечило снижение напорного уровня грунтовых вод почти до уровня нижнего бьефа и нормальную эксплуатацию сооружения.