Причины возникновения и характер обводнения строительных объектов

При производстве общестроительных работ нередко возникают проблемы, связанные с обводнением строительного объекта. Причинами обводнения является приток поверхностных и грунтовых вод, а так же атмосферные осадки. В зависимости от места расположения и типа объекта различается степень влияния тех или иных причин, вызывающих обводнение. При выполнении гидротехнических работ, как правило, основное внимание уделяется защите котлованов от притока поверхностных инфильтрационных вод и атмосферных осадков. В случае горнопроходческих работ при строительстве подземных туннелей главным фактором, вызывающим обводнение объекта, является поступление грунтовых вод. Защита объекта от обводнения, вызванного атмосферными осадками, напрямую зависит от климатических особенностей местности и места расположения объекта. Так, например, при проведении работ в условиях степной засушливой местности, значение влияния атмосферных осадков на обводнение объекта не существенно, однако в случае строительства в горах или других районах с повышенной нормой выпадения осадков, атмосферные факторы могут являться основной причиной обводнения объекта.

Факторы, имеющие влияние на условия возникновения и характерные особенности обводнения строительных объектов, условно подразделяются на два типа: естественные и искусственные.

Первый тип факторов связан с природно-климатическими и геологическими особенностями местности. Это климатические условия, рельеф, геологическая структура, литология, свойства водовмещающих грунтов, условия и глубины залегания водоносных пластов, их взаимосвязи и геофизические свойства. Характер обводнения траншей и котлованов строительного объекта может быть постоянным либо временным, в зависимости от места их расположения и глубин, а также от глубин залегания грунтовых вод. Постоянное обводнение наблюдается при глубинах заложения основания строительной выработки ниже естественного уровня залегания грунтовых вод, соответственно, при глубинах заложения основания выше данного уровня, обводнение носит временный характер. Влияние капиллярных вод на обводнение строительных траншей и котлованов, расположенных выше горизонта залегания грунтовых вод, как правило является незначительным.

Особенности климатических условий, такие как количество и частота выпадения атмосферных осадков и среднесуточная температура на месте проведения работ, имеют, в некоторых случаях, большое значение при планировании работ по предотвращению подтопления строительного объекта. Скорость и интенсивность обводнения объекта в значительной мере зависит от места выпадения и проникновения в грунт атмосферных осадков. При попадании атмосферных осадков в грунт непосредственно на месте проведения работ, обводнение строительных выработок происходит относительно быстро и интенсивно. Высокая динамика развития подтопления в данных условиях, может привести к необходимости приостановки выполнения работ. Для ликвидации обводнения и приведения к норме производственных условий на строительном объекте, необходимо задействовать насосное оборудование открытого водоотлива. Ресурс грунтовых вод в этом случае меняется незначительно, привлечение дополнительного водопонизительного оборудования обычно не требуется. Даже в случае обильных по объему и продолжительных по времени дождливых периодов, вызывающих увеличение ресурса и интенсивности притока подземных вод, обычно достаточно применить резервные насосные установки и оборудование водопонижения, которое использовалось в период первичной откачки. Обводнение строительного участка может также происходить в связи с атмосферными осадками, выпавшими на водосборных площадях, откуда вода тем или иным путем попадает на строительный объект. В данном случае обводнение выработок строительных траншей и котлованов происходит двумя основными путями: за счёт увеличения объемов грунтовых вод, обводняющих строительный объект, или за счёт поверхностного стока атмосферных осадков.
При значительном пополнении грунтовых вод инфильтрацией атмосферных осадков, их приток в выработки строительного объекта может произойти спустя значительное время. Период поступления грунтовых вод находится в прямой зависимости от водопроницаемости и состава грунтов, площади водосбора, продолжительности и интенсивности выпадения атмосферных осадков. В данном случае защита от обводнения, также не требует привлечения дополнительного водопонизительного оборудования, хотя в случаях высокой динамики притока подземных вод, может возникнуть необходимость применения резервных средств водопонижения.

Процесс обводнения строительного объекта поверхностными стоками проходит с более высокой интенсивностью, чем процесс обводнения грунтовыми водами, соответственно в данном случае, необходимо проведение специальных работ - строительство нагорных канав, дамб и т.п.

Причиной возникновения обводнения могут являться талые воды. Характер и интенсивность обводнения строительного объекта в данном случае определяется температурными условиями. Характерные особенности и условия возникновения во многом схожи с особенностями обводнения, возникающего вследствие воздействия атмосферными осадками. Защита строительного объекта при обводнении, вызванном притоком талых вод, осуществляется путем откачки средствами водоотлива и водопонизительными установками, использование дополнительных систем водопонижения, как правило не требуется. Характер и специфические особенности обводнения, вызванного выпадением осадков или притоком талых вод, зависит от природно-климатических особенностей района проведения строительных работ (например, в местах развития карста свойства обводнения сильно отличаются от свойств обводнения в условиях вечной мерзлоты), что должно быть учтено при планировании и проведении работ по строительному водопонижению.

Рельеф местности может оказывать значительное влияние на изменение объема и динамики притока грунтовых и поверхностных вод на строительный объект. Сезонное изменение интенсивности поступления грунтовых и поверхностных вод в траншеи и котлованы строительного объекта, расположенного в районах с ярко выраженной овраго-балочной структурой местности, может достигать 150-200 процентов, при том, что в районах со спокойным рельефом подобные изменения фиксируются значительно реже, и отклонения от среднегодовых значений составляют обычно 20-30 процентов.

Естественный дренаж местности зависит от гидрографической сети района, что в свою очередь напрямую влияет на свойства и характерные особенности подтопления строительных объектов, находящихся на данной территории. Строительные выработки, находящиеся выше уровня местного базиса эрозии, подвержены обводнению меньше, чем выработки, находящиеся ниже этого уровня, следовательно и планирование защитных мер должно строиться с учётом данного фактора. При осушении строительных траншей и котлованов, находящихся ниже уровня местного базиса эрозии, требуется проведение комплекса работ по принудительной откачке грунтовых вод с целью снижения и поддержания на заданной глубине их уровня. В то же время, осушение котлованов и траншей, расположенных выше уровня местного базиса эрозии, может быть осуществлено значительно более простым способом, - посредством системы дренажных канав и самотёчных водоотводов.

На характер, свойства и интенсивность обводнения объектов строительства влияет их удаленность от водоемов и водотоков, уровень гидравлической связи грунтовых и поверхностных вод, положение объекта относительно уровня поверхностного водоема, фильтрационные свойства грунта, а так же величина и продолжительность изменения уровня воды в поверхностных водоемах.

Геологическое строение местности, еще один фактор, оказывающий значительное влияние на условия и степень обводнения строительных объектов. Перекрытие водоносных пластов подземных вод глинами и слабопроницаемыми суглинками, ограничивает их пополнение за счет поверхностных вод и атмосферных осадков. Наличие таких геологических условий способствует образованию верховодки. В случае небольшой мощности слоев покрывного слабопроницаемого суглинка, не исключена возможность обводнения объекта за счет притока капиллярных вод.

Значение естественных факторов на обводнение строительных объектов при больших глубинах залегания подземных вод не так велико. Однако, в случае залегания ниже уровня основания площадки напорного водоносного горизонта с пьезометрическим уровнем, расположенным выше уровня выработки объекта, возможно возникновение обводнения в результате выброса напорных вод. Для предотвращения данной ситуации возникает необходимость проведения комплекса специальных работ, направленных на устранение напоров. На практике довольно часто обводнение объектов происходит одновременно напорным и безнапорным горизонтами грунтовых вод. В этом случае осушение объекта происходит следующим образом: для снятия напоров бурятся разгрузочные (самоизливающиеся) скважины, либо используются высокопроизводительные водопонизительные установки (в случае вскрытия напорного водоносного горизонта строительной выработкой), параллельно снижается уровень безнапорных горизонтов путем применения средств дренажного водоотведения.

Второй тип факторов, это последствия строительной и производственной деятельности в данном месте, вызвавшие осложнение гидрогеологических условий местности. В результате освоения территории обычно происходит подъём грунтовых вод, вплоть до возникновения дополнительных водоносных горизонтов (верховодки). Искусственное обводнение территории возникает вследствие несоблюдения технических требований при эксплуатации временных гидрокоммуникаций в процессе выполнения строительных работ, а так же при нарушении технических требований эксплуатации водосборников и водных коммуникаций на промышленных площадях действующих предприятий и объектах городского хозяйства.

Природные условия в районе строительства могут оказывать значительное влияние на характер и интенсивность искусственного подтопления строительных объектов. Факторы, вызывающие искусственное обводнение строительного объекта, могут быть в определенной мере компенсированы расположением строительного участка на грунтах с высокой водопроницаемостью (например, на песках крупнозернистых фракций), уклоном рельефа местности, глубиной залегания грунтовых вод, значительным развитием гидрографической сети на прилегающих территориях. Обратные условия (пониженная водопроницаемость грунтов, отсутствие уклонов рельефа местности, неразвитая гидрографическая сеть района строительства) приводят к увеличению интенсивности подтопления, вызванного искусственными причинами.

Неправильный выбор места возведения здания или другого строительного объекта может явится основной причиной искусственного обводнения. Недостаточный или ошибочный анализ гидрогеологической обстановки района строительства приводит к тому, что расположение строительных траншей и котлованов, выбирается таким образом, что мешает свободному прохождению потока грунтовых и поверхностных вод, тем самым нарушаются условия, необходимые для естественного стока. Застойные участки, образованные в результате создания помехи на пути естественного стока, становятся областями повышенной инфильтрации в грунт атмосферных осадков и поверхностных вод, что приводит к подъему уровня подземных вод.

Другой причиной возникновения искусственного подтопления объекта, может являться неправильная организация и низкое качество выполнения строительных работ (нарушение естественного стока осадков, вследствие удаления растительного покрова, отсутствие ограждений выемок, отсутствие или несвоевременная установка водосточной сети и т.п.)

Еще одной причиной искусственного обводнения является увеличение объема подземных вод за счет утечки из временных и постоянных водоводных систем. Объем пополнения подземных вод в данном случае значительно превосходит объем расхода подземного потока, что вызывает подъем грунтовых вод, приводящий к обводнению строительного объекта.
Анализ условий и причин возможного возникновения опасности обводнения строительных площадок необходим для правильного и своевременного планирования защитных и предупредительных мер, составления плана работ по водопонижению на строительном объекте.