ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРОРЫВ НАПОРНЫМИ ВОДАМИ В КОТЛОВАНАХ В САНКТ-ПЕТЕРБУРГЕ

HYDRAULIC BREAKOUT OF PRESSURE WATER IN THE PITS IN ST. PETERSBURG

Arina Sherstnyova

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

Russia, Saint Petersburg

Vladimir Konushkov

scientific advisor, Candidate of Technical Sciences, associate professor, 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 таких, как прорыв напорными водами в котлованах.

В данной статье показан один из примеров аварийной ситуации гидрогеологического прорыва в котловане в городе Санкт-Петербурге, представлены причины прорыва и полученные деформации конструкций.

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 such as a breakthrough by pressure water in the pits.

This article shows one of the examples of an emergency situation of a hydrogeological breakout in a pit in the city of St. Petersburg, the reasons for the breakout and the resulting structural deformations are presented.

Ключевые слова: прорыв, напорные воды, аварийная ситуация, шпунтовое ограждение.

Keywords: breakout, pressure water, emergency, sheet-pile enclosure.

Освоение подземного пространства на данный момент всё больше набирает обороты. При проектировании и строительстве подземных сооружений с глубокими котлованами и с высоким уровнем грунтовых вод нередко приходится решать помимо стандартных задач, проводить дополнительные прогнозы изменений гидрогеологического режима площадки строительства [1, п. 9.27]. Одним из таких прогнозов является исключение возможности прорыва напорными водами вышележащего слоя грунта [1, п. 9.29].

Существует ряд расчетов и методов для предотвращения данной аварийной ситуации. 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.

При невыполнении данного условия следует выполнить ряд мероприятий, связанных с водопонижением (использование дренажной системы, устройство в грунте вокруг котлована водонепроницаемой противофильтрационной завесы [2, с. 125]). Несмотря на все необходимые методики расчетов и мероприятий нередко встречаются примеры прорыва в котлован напорных вод.

На примере города Санкт-Петербург со сложными гидрогеологическими условиями города, где уровень грунтовых вод обычно не ниже 2 м от дневной поверхности, в весенний и осенний сезоны года он достигает поверхности грунта [3, с. 52], будет показан один из примеров аварийной ситуации сооружения. Рассматриваемый случай произошел в Выборгском районе г. Санкт-Петербург. Причиной развития аварийной ситуации связана с прорывом в котлован напорных вод из водоносного горизонта, с последующим выносом грунта в котлован.

Для ограждения котлована был использован шпунт марки VL606a длиной 18,0 м и 3 яруса горизонтальных распорок с сечением 630х8. Откопка котлована осуществлялась до отметки -7,600 м. Вокруг шпунтового ограждения были погружены в грунт забивные составные сваи квадратного сечения 350х350 мм длиной 25 м. Несущим слоем грунта основания являлись супеси твердые ИГЭ 10 верхнечетвертичные ледниковые отложения.

В процессе инженерно-геологический изысканий не был изучен напор вод из водоносного горизонта, относящиеся к пылеватым пескам ИГЭ 7 (физико-механические характеристики грунтов представлены в таблице 1) и не учтен в проектном решении.

Таблица 1.

Физико-механические характеристики грунтов

В результате произошел прорыв подземных вод в котлован, что повлекло ослабление отпора грунта в зоне пассивного давления и перемещение шпунтового ограждения. Ослабление пассивного давления привело к смятию нижних поясов распорных креплений. Перемещение верха шпунтового ограждения до 90 см показано на рисунках 1-2.

Рисунок 1. Деформации шпунтового ограждения

Рисунок 2. Прорыв подземных вод

Анализ причин произошедшей аварии показал, что причиной деформаций шпунтового ограждения связано со следующими факторами [3, с. 60]:

1. Проектные:

• напор водоносного горизонта, приуроченного к пылеватым пескам, не был изучен в процессе инженерно-геологических изысканий и не учтен в проектном решении.

2. Производственные:

• к шпунтовому ограждению была не приварена обвязочная балка;
• в обвязочной балке отсутствовали ребра жесткости;
• изменены опорные узлы стыковки распорных элементов с обвязочной балкой.

Представленный материал показал возможные проблемы, которые могут возникнуть при гидравлическом прорыве напорными водами, а также необходимость учета и измерения напора вод водоносного горизонта во время изысканий по специально разработанной программе.

Список литературы:

1. СП 22.13330.2016 Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83* (с Изменениями N 1, 2, 3);
2. Мангушев Р.А. и др. Проектирование и устройство подземных сооружений в открытых котлованах: Учеб. пособие / Р.А. Мангушев, Н.С. Никифорова, В.В. Конюшков, А.И. Осокин, Д.А. Сапин. – М., СПб.: Изд-во АСВ, 2013. – 256 с.;
3. Мангушев Р.А., Осокин А.И. Геотехника Санкт-Петербурга: Монография. – М.: Изд-во АСВ, 2010. – 264 с.