Пунктов и промышленных предприятий

Участки для застройки по возможности следует располагать на неблагоприятных для земледелия местах. Они должны быть на повышенных сухих местах, которые не затопляются и в которых уровень грунтовых вод не поднимается ближе 0,5 м к фундаментам зданий, подвалов и подземных коммуникаций. В случае отсутствия таких условий выполняют осушение. Осушение достаточно часто необходимое в результате антропогенной деятельности: потери воды из трубопроводов и резервуаров, засыпание естественных ручьев и трасс талого и ливневого стока, строительство дорог, дамб, других сооружений, которые задерживают поверхностный сток. Застройка, асфальтирование и бетонированность (уплотнение) поверхности земли уменьшают испарение грунтовых вод, в результате чего происходит их подъем. Значительная площадь покрытой земли в городах уменьшает проникновение ливневых вод в почву, в результате чего растут ливневые расходы. Фундаменты зданий лучше проводят тепло, чем почва, потому в холодный период года они холоднее, чем окружающая почва, что способствует конденсации влаги в почве возле них.

Повышение влажности почвы уменьшает его несущую способность, что может вызывать оседание зданий, дорог, подземных коммуникаций, затопления подвалов, теплотрасс, коррозию фундаментов, гибель деревьев, появление комаров и болезней людей и животных.

При строительстве животноводческих комплексов, населенных пунктов, промышленных предприятий на территории в близком естественном залегании грунтовых вод или в зонах искусственного подтапливания необходимо проводить тщательные исследования естественного гидрологического режима грунтовых вод. По результатам исследований с учетом будущей застройки составляют прогноз режима как поверхностных, так и грунтовых вод и при необходимости предусматривают специальные мероприятия по борьбе с подтапливанием. Эти меры разделяются на профилактические (предупредительные) и з ащитные.

Профилактические мероприятия предусматривают уменьшение питания грунтовых вод, предупреждение прилива поверхностных вод внешне, уменьшение потерь воды из водопроводов, канализации, водоемов, резервуаров, отстойников. Эти меры необходимы также и для предупреждения загрязнения грунтовых вод.

К профилактическим мероприятиям следует также отнести сохранение, расчистку и углубление балок, ручьев, стариц и др. Здания и коммуникации с большой протяжённостью, которые препятствуют потоку поверхностных и подземных вод, желательно располагать вдоль потока. В противном случае необходимо предусматривать мероприятия для пропуска воды.

Понижению грунтовых вод способствует высадка деревьев и кустарников полосами или зелеными массивами, что объясняется увеличением транспирации. Для перехватывания воды, что просочилась под днищами бассейнов, резервуаров, под трубопроводами, галереями и каналами, устраивают дренаж с отведением воды за пределы населенного пункта или здания. Для борьбы с повышением влажности почвы в зимнее время возле фундаментов предусматривают мероприятия по вентиляции почвы вокруг фундаментов.

Всегда необходима организация отвода поверхностного стока, что улучшает условия для строительства, санитарное состояние местности и способствует также уменьшению фильтрации воды в почву. Это достигается тем, что устраивается ограждение территории от притока воды извне, выравниванием поверхности с определенными уклонами и ликвидацией бессточных низин, сооружением ливнестоков.

Подгорные каналы, или лотки прокладывают за пределами осушаемой территории у подножия склонов. Воду из них сбрасывают за пределами населенного пункта.

Территория кварталов в населенном пункте должна быть более высокой от прилегающих улиц с уклонами в их сторону или в сторону балок или впадин, которые сохраняются. Сброс поверхностной воды, главным образом, организуется водостоками, которые размещаются вдоль улиц, потому улицы должны иметь уклон и соответствующую вертикальную увязку для самотечного сброса воды. В селах водостоки делают открытыми (рис. 3.1), в городах - закрытыми (рис.3.2).

 

Рис. 3.1 - Открытый водосток: 1 - тротуар; 2 - газон; 3 - водосток;

4 -обочина; 5 - проезжая часть дороги

 

В местах пересечения с улицами, тротуарами, въездах в дома, на открытых водостоках устраивают мостики или трубопереходы. Открытые водостоки в 3-5 раз дешевле закрытых, но они быстрее замусориваются, что ухудшает санитарное состояние, мешает движению транспорта и уменьшает полезную площадь.

 

Рис. 3.2 - Закрытый водосток: 1 - тротуар; 2 - газон; 3 -ливнеприёмный колодец; 4 - шлюзовой колодец; 5 - соединительный трубопровод; 6 - коллектор

Водоприемниками для водосбросной сети служит местная гидрографическая сеть (реки, балки), в которые вода сбрасывается после обязательной очистки.

При определении расходов воды для гидравлического расчета водосбросной сети учитывают, что коэффициент стока с застроенных территорий и скорость добегания воды значительно больше, чем в естественных условиях.

К защитным мероприятиям принадлежат: искусственное повышение поверхности застройки, локальная защита отдельных сооружений и зданий (гидроизоляция, контурный дренаж); уменьшение прилива грунтовых вод путем строительства перехватывающих каналов и дрен; систематический дренаж.

В процессе строительства часто приходится искусственно снижать уровни грунтовых вод, применяя разные виды дренажа. С целью водопонижения при строительстве применяют временные дренажи; для длительного осушения с целью создания нормальных условий эксплуатации подземных коммуникаций, подвальных помещений применяют постоянный дренаж.

Строительное водопонижение осуществляют с помощью игольчатофильтрующих установок и вертикального дренажа.

Игольчатофильтровальная установка состоит из всасывающей системы, которая имеет углубленные в почву перфорированные трубы, а также насосный агрегат. С помощью насоса создают вакуум, благодаря которому воздух и вода из грунта поступают к насосному агрегату и отводятся за пределы осушаемого котлована. На строительных площадках, как временный способ осушения, применяют также шпунтовое ограждение и вертикальный дренаж.

В зависимости от вида устройств, которые применяются для перехвата грунтовых вод на промышленных площадках, различают такие виды постоянного дренажа: горизонтальный, вертикальный, комбинированный, пластовый и пристенный.

Горизонтальный дренаж на застроенных территориях делают всегда закрытым. Дренаж промышленных площадок и населенных пунктов отличается от дренажа сельскохозяйственных угодий по основным параметрами: глубина заложения дрен иногда достигает 8...12 м, диаметры дрен 20...60 см и больше, трубы и фильтры отличаются повышенной надежностью.

Перехватывающие дрены можно размещать с одной или со всех сторон осушаемой территории в зависимости от условий прилива воды. Систематический дренаж в случае необходимости размещают равномерно по территории, трассируя дрены по незастроенной территории, вдоль улиц, проездов. При соответствующем технико-экономическом обосновании для осушения населенных пунктов применяют и вертикальный дренаж.

Пластовой дренаж применяют для защиты отдельных сооружений и коммуникаций от затопления или капиллярного переувлажнения грунтовыми водами. Дренаж (рис. 3.3) представляет собой многослойный фильтр под сооружениями (здания, дороги и др.), который принимает гравитационные и капиллярные воды и отводит их за пределы сооружения. Применяют его в слабопроницаемых грунтах, в которых другие дренажи малоэффективны. Вода из пластового дренажа отводится дренами.

С внешней стороны фундаментов сооружения отсыпают песком и гравием пристенный дренаж (рис. 3.4). Эффективности работы такого дренажа полностью зависит от правильного выбора размеров песка и гравия (щебню) в зависимости от механического состава дренируемых грунтов.

Рис. 3.3 - Пластовой дренаж: 1 - гидроизоляция; 2 - гравий; 3 - песок;

4 -дренажная труба; 5 - обратная засыпка

Рис. 3.4 - Пристенный дренаж: 1 - гравийная обсыпка; 2 - обсыпка крупнозернистым песком; 3 - песчаная засыпка; 4 - обратная засыпка местным грунтом; 5 - гидроизоляция; 6 - дрена

Для горизонтального дренажа применяют асбестоцементные и керамические трубы, их укладывают в траншее на песчано-гравийное основание, которое одновременно служит и частью фильтра. Для приема воды в трубах делают перфорацию. В качестве фильтра служит обсыпка труб слоями отсортированного гравия, щебня и песка. Хорошо зарекомендовали себя трубофильтры из пористого железобетона.

Самым надежным, но и самым дорогим, средством устранения заболоченности является повышение поверхности территории путем насыпки грунта или гидронамыва, что дешевле. Например, микрорайон Русановка в Киеве построен в заболоченной заводи Днепра, на которую предварительно была намыта многометровая толща песка из русла Днепра.

Подтопление земель

 

Подтопление - это такое повышение уровня грунтовых вод, при котором затрудняется нормальное использование территорий. К подтопляемым откосятся сельскохозяйственные земли с залега­нием грунтовых вод на глубинах меньше норм осушения (при­мерно меньше 1 м). В городах и поселках по санитарным усло­виям минимальная допустимая глубина залегания уровней грун­товых вод 3 м, в сельской местности — 2 м. Под зданиями и сооружениями уровень грунтовых вод должен находиться ниже подошвы фундаментов и подвалов на величину капиллярного поднятия, но не менее 0,5 м.

Подтопление земель в первую очередь наблюдается вблизи водохранилищ и озер вследствие фильтрации воды из них. Оно может быть также на пойменных как обвалованных, так и необвалованных землях в результате снижения дренирующей спо­собности рек (заиления и зарастания русел, строительства гид­ротехнических сооружений и др.).

Чтобы предотвратить подтопление земель, необходимо в про­цессе проектирования водохранилищ, прудов или каналов соста­вить прогноз повышения уровня грунтовых вод, определить пло­щади подтопления, наметить и своевременно осуществить защит­ные мероприятия.

Прогнозирование подъема грунтовых вод обеспечивается наличием то­пографического плана местности, геологического строения и гидрогеологических условий, водно-физические свойства грунтов, а также величины повышения уровней воды в реках и водохрани­лищах.

Прогнозирование режима грунтовых вод выполняют следую­щими методами: вероятностно-статистическим, балансовым, гид­родинамического анализа и аналогового моделирования.

Подъем уровней грунтовых вод на прилегающих землях обыч­но происходит медленно, максимальное его повышение может наблюдаться через несколько лет.

Для случая подпертой фильтрации со стороны водохранилища или канала приближенное решение дифференциального уравне­ния неустановившегося движения грунтовых вод получено С. Ф. Аверьяновым (рис. 3.5, а):

 

Рис. 3.5 - Схемы к расчету подъема уровней грунтовых вод:

а – при фильтрации воды из водохранилища или реки; б - при притоке воды со стороны водораздела

 

ΔH(_k,t) = ΔH₀ [1 - Ф(λ) ], (3.1)

где ΔH(_k,t) - прирост величины напора (в м) для сечения на расстоянии х от канала в момент времени t; - повышение напора в реке или канале, м; Φ(λ) - расчетная функция (интег­рал вероятности), определяемая по графику (рис. 3.6) в зависи­мости от величины:

(3.2)

где - средняя мощность потока грунтовых вод, м; t - время подпора, сут.

Для случая притока грунтовых вод со стороны водораздела и подпора от реки или водохранилища приближенное решение диф­ференциального уравнения получено Н. Н. Веригиным (рис. 3.5, б):

у²=h²+(у -h ) (3.3)

где y - мощность водоносного горизонта в сечении на расстоя­нии х от реки в момент времени t, м; h - мощность водоносного горизонта в том же сечении до подпора, м; y₀ - подпорный уро­вень воды в реке после создания водохранилища, м; h₀ - уро­вень воды в реке до создания водохранилища, м; Ф(λ) - та же расчетная функция, что и в формуле С. Ф. Аверьянова.

Прогнозирование подтопления земель по приведенным форму­лам выполняют в следующем порядке: 1) на прилегающих к во­дохранилищам или рекам территориях намечают расчетные ство­ры, по профилям которых и определяют величины подъема уров­ня грунтовых вод; 2) составляют карты гидроизогипс; 3) опреде­ляют площади и объекты подтопления, к которым относят участки с залеганием уровня грунтовых вод на глубине, меньшей допустимой.

 

Рис. 3.6 - График для определения Ф(λ)

 

В практике при более слож­ном геологическом строении и гидрогеологическом режиме прог­нозирование подъема уровня грунтовых вод наиболее часто выполняют с помощью аналого­вого моделирования, используя в первую очередь метод элект­рогидродинамической аналогии (ЭГДА).