Лекции для студентов

Инженерная подготовка городских территорий — Защита городских территорий от подтопления

Защита городских территорий от подтопления и задачи инженерной подготовки при подтоплении территорий

Защиту территорий от подтопления осуществляют на территориях с неглубоким залеганием грунтовых вод от дневной поверхности. Такое положение уровня грунтовых вод может быть вызвано естественным их режимом или повышением в результате строительства зданий, сооружений и их эксплуатации.

Грунтовые воды, расположенные неглубоко от дневной поверхности, усложняют строительство зданий и сооружений, их эксплуатацию, ухудшают условия произрастания зелёных насаждений и санитарно-гигиенические качества территории в целом. Они могут вызывать заболачивание, эрозионные процессы, а также способствовать их дальнейшему развитию. Уровень грунтовых вод понижают с помощью специальных искусственных сооружений — дренажных систем, которые проектируют в сочетании с другими общими и специальными мероприятиями инженерной подготовки.

Задачами инженерной подготовки при подтоплении территорий являются;

- понижение уровня подземных вод;

- осушение территорий;

- защита городских зданий и сооружений от подтопления.

Условия формирования грунтовых вод

Фильтрационные свойства грунтовых вод

Условия формирования грунтовых вод в значительной степени предопределены фильтрационными свойствами пород, которые характеризуют их способность пропускать через себя воду.

Степень водопроницаемости грунтов характеризуют коэффициентом фильтрации Кф. Он выражает скорость фильтрации в м/сут или м/с при гидравлическом уклоне t = 1. Породы, для которых значения К_ф - меньше 0,1 м/сут, условно считают водоупорными, поскольку в отличие от водопроницаемых они практически не поддаются дренированию обычными способами (см. табл 5.1).

Фильтрационные свойства грунтов зависят от их гранулометриче­ского состава и пористости. Чем крупнее зёрна грунта и, следовательно, поры между ними, тем выше водопроницаемость.

В несвязанных грунтах может происходить движение воды не только за счёт гравитационных сил (фильтрация), а и капиллярных. В этом случае грунтовые воды подтягиваются вверх по тонким пустотам, и происходит увлажнение верхних слоев грунта за счёт водоносных нижних. Это свойство грунтов характеризуют максимальной высотой капиллярного поднятия (см. табл.5.2)

2.2.Образование и формирование подземных вод

Подземные воды образуются в результате просачивания (инфильтрации) атмосферных осадков в грунт, а также конденсации водяных паров в их порах и пустотах. Водоносные горизонты формируются между водоупорными слоями, создавая различные по степени насыщения и видам водного питания зоны.

Рис. 14. Схема формирования подземных вод

I — зона аэрации; 2 — зона насыщения (водоносный слой);

3 — водоупорный слой; 4 — водоупор.

а — верховодка и подвешенные воды; б — грунтовые воды; в — межпластовые воды.

Самая верхняя зона аэрации - служит своеобразным "буферным" слоем между грунтовыми водами и дневной поверхностью, регулируя поступление воды из атмосферы в водоносный пласт и аккумулируя в нижней своей части капиллярные воды, гидравлически связанные с водоносным слоем. Атмосферные осадки с поверхности земли проникают в эту зону, главным образом за счёт свободного просачивания. Наибольшее количество влаги в зоне аэрации скапливается веской после снеготаяния, а летом она частично испаряется, транспортируется растениями или просачивается в нижележащие слои, где и формируются водоносные горизонты.

Верховодка и подвешенные воды образуются, когда в водопроницаемых грунтах имеются отдельные водоупорные линзы или же когда слабо-водопроницаемые грунты не успевают пропускать поступающую сверху влагу, эти воды характеризуются невыдержанным распространением, резко изменяющимся по времени уровнем и могут полностью исчезнуть с прекращением питания.

Верховодка постепенно стекает с водоупорной линзы, питая залегающий ниже водоносный горизонт, а подвешенные воды, которые удерживаются в маловодопроницаемых прослойках только силой капиллярного натяжения, беспрепятственно просачиваются в водопроницаемый слой.

Несмотря на эпизодическое присутствие в грунтах, верховодка и подвешенные воды, близко расположенные к поверхности земли, вызывают в ряде случаев заболачивание территории и подтопление подземных сооружений.

Грунтовые воды являются первым от поверхности земли постоянно существующим водоносным горизонтом и залегают на выдержанном по площади водоупорном слое. Область их питания совпадает с областью распространения. Залегая не глубоко от поверхности земли, эти воды наиболее часто служат причиной подтопления городских территорий.

Meжпластовые воды отделены от дневной поверхности водоупорным слоем и имеют несовпадающие области питания и распространения, а также участки выхода водосодержащего пласта на поверхность земли (зона естественного дренирования). Если эти воды залегают на сравнительно небольших глубинах, то они могут явиться причиной подтопления локальных участков у подножия склонов или более обширных площадей при грунтово-напорном питании верхнего водоносного пласта.

Подземные воды могут быть безнапорными, если они имеют свободную поверхность, и напорными, при наличии водоупорной кровли. Напорные воды находятся под гидростатическим давлением и выходят на поверхность в местах пересечения водоносного горизонта реками, оврагами или искусственными выемками (эти воды называют артезианскими).

Поверхность грунтовых вод отображается на карте гидроизогипсами и гидроизобатами (см. рис 15).

Рис.15. Гидроизогипсы и гидроизобаты на участке подтопляемой территории

Гидроизогипсы — линии равнозначных отметок уровня грунтовых вод.

Гидроизобаты — линии равнозначных глубин заложения грунтовых вод.

Естественннй режим грунтовых вод

Естественный режим грунтовых вод зависит от природных условий территории, своеобразен на водораздельных участках и в прибрежных зонах.

На водораздельных пространствах уровень повышается чаще всего синхронно с выпадением дождей или снеготаянием. Обычно амплитуда годовых колебаний уровня грунтовых вод (УГВ) на высоких террасах речных долин не превышает I — 3 м.

Таким образом, подземные дренажи представляют собой особого рода подземные сооружения, которые позволяют искусственно понижать уровень подземных вод (осушать водоносный пласт) на участках с повышенным его положением в течение длительного времени (десятки лет).

В основу классификации подземных дренажей положены следующие основные признаки:

а) назначение или характер использования дренажных устройств;

б) конструктивные особенности;

в) расположение дренажей в плане;

г) степень гидродинамического несовершенства.