Рекомендации

Рпо инженерногидрогеологическому обоснованию защитного дренажа территорий, подтапливаемых подземными водами

Москва 1985

Рекомендации по инженерно—гидрогеологическому обоснованию защитного дренажа территорий, подтапливаемых подземными водами

Редакция инструктивно-нормативной литературы

Зав. редакцией    Л. Г. Бальян

Редактор Л. Н. Кузьмина

Мл. редактор Л. И. Месяцева

Технический редактор И.В. Берина

Корректор ЕЛ*. Герасимнж

Подписано в печать 13.6.85 г. Т-02103 Формат 84x108 1/32 Набор машинописный.    Бумага офсетная № 2. Печать офсетная. Уел. печ. л. 4,62 Уел. кр.-отт. 4,83 Уч.-изд, л. 4,12    Тираж    8000    экз.    Изд.    N° XII - 450. Зак. № 438.    Цена    20 коп.

Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, 23а

Тульская типография Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли г. Тула, пр. Ленина, 109

в частности» параллельность линий раздела зон с разными свойствами. Одновременно с этим неоднородность в плане отражает фациальные переходы одних литологических разностей грунтов в другие. Границы этих переходов чаще всего перпендикулярны урезу воды в реке.

1.15. Могут быть выделены следующие основные типы геолого-литологических разрезов (рис. 3):

а)    однородный пласт ограниченной мощности;

б)    однородный безграничный водоносный пласт;

в)    многослойный пласт с различными коэффициентами фильтрации (к_г,    •    •    •    ).    соотношение    между

которыми не превышает 20, т.    ZQ>(/t_t/k£<20y

(к₃//С^)<20) ...

Этот пласт может приводиться к однородному по соответствующей методике [lj ;

г)    двухслойный пласт ограниченной мошдости, ког-B&([i_z/k)>20ii гидравлическая связь между верхним и нижним слоями отсутствует. Эта схема соответствует напорному режиму фильтрации (в нижнем слое);

д)    двухслойный пласт сЦ{_г}к^20 с отсутствием гидравлической связи между пластами. Нижний пласт является напорным, безграничным;

е)    двухслойный пласт, когда (/^/к^<20 и имеет место гидравлическая связь между слоями. Дрена заложена в верхнем слабопроницаемом слое;

ж)    двухслойный пласт со слоями, имеющими гидравлическую связь, и дреной, расположенной в верхнем слабопроницаемом слое. Нижний слой безграничный;

з)    двухслойный пласт ограниченной мощности с гидравлической связью между слоями и дреной, заложенной в нижнем слое. В отличие от схем "е" и "г" здесь пласт может приводиться к однородному так же, как и в схеме ”в”.

1.16.    В зависимости от глубины заложения водозахватной части дренажа он может быть гидравлически совершенным (рис. 3, н) или несовершенным (рис. З_гк) по степени вскрытия водоносного пласта.

1.17.    Глубина заложения дренажей, определяемая гидрогеологическими расчетами, должна обеспечивать заданную норму понижения уровня подземных вод на подтапливаемой территории, которая в свою очередь зависит от глубины защищаемых зданий и сооружений. Глубина заложения дренажей во всех случаях должна быть не менее глубины промерзания грунте».

1.18.    Продольные уклоны горизонтальных дрена

жей принимаются не менее 0,002 (для дрен диаметром свыше 200 мм допустимый уклон -    0,001).

Максимальные уклоны следует принимать с учетом до-

10

пустимой скорости течении воды в дренах - 1 м/с.

1 19. Трассировка береговых и головных дренажей производится в соответствии с конкретными гидрогеологическими и инженерно-производственными условиями» желательно по линии равных напоров подземных вод и с максимальным перехватом потока, подтапливающего защищаемую территорию. Трассы систематического дренажа прокладываются совместно с другими уличными коммуникациями и желательно в зоне температурного поля тепловых сетей.

1. 20. Расстояния дрен от фундаментов сооружений и подземных коммуникаций определяются    условиями

эксплуатации и строительства этих сооружений и указаниями соответствующих нормативных документов.

1. 21. Смотровые колодцы на линиях горизонтального дренажа устанавливаются в местах    поворота

трассы, изменения уклонов, на перепадах. При большой длине горизонтального дренажа смотровые колодцы устанавливаются с шагом 50 м.

1. 22. Для гидрогеологического обоснования защитных дренажей требуется наличие следующих данных:

топографический план территории с отметками фундаментов, заглубленных частей сооружений и инженерных сетей (как существующих, так и проектируемых) ; планы, разрезы и развертки фундаментов; планы, продольные профили и разрезы подземных коммуникаций;

проект вертикальной планировки территории; материалы гидрогеологических и инженерно-геологических изысканий;

подробная характеристика источников подтопления территории, включая их водный режим, интенсивность, размеры и т. д., а также сведения о других факторах подтопления (прил. 1);

сведения о характере застройки защищаемой территории, перспективах ее развития, производственнотехнологических и организационно-технических особенностях хозяйственной деятельности в пределах зоны действия дренажа.

11

JL. 23. Материалы инженерных изысканий должны содержать следующие сведения:

физико-механические свойства грунтов (гранулометрический состав, пористость, влажность, число пластичности и др.);

коэффициент фильтрации;

режим грунтовых вод, положения их уровней (существующих и проектных);

химический состав подземных вод и их агрессивность по отношению к различным материалам;

уровеиный режим источников подтопления (водоемов или водотоков), а также максимальный и минимальный уровень воды в водоприемнике , куда предполагается сброс дренажных вод.

1.24. Необходимые графические приложения к материалам инженерных изысканий следующие:    основные

инженерно-геологические разрезы и колонки грунтов по буровым скважинам; гидрогеологическая карта масштаба 1:500 - 1: 1000 с нанесением гидроизо-гипс на разные периода времени; геолого-литологическая карта и карта глубин залегания водоупова.

1. 25, Расчеты водопонизительного и водоотводного действия дренажа должны предваряться определением прогнозного уровня подземных вод, подъем которого является следствием подтопления застроенной или застраиваемой территории,

1. 26. Прогноз подъема уровня подземных вод на защищаемой территории производится с применением следующих методов:

а) аналитического , который предполагает применение расчетных фильтрационных формул, основанных на решении дифференциальных уравнений движения подземных вод при заданных граничных условиях. Этот метод позволяет сравнительно быстро и легко без специального оборудования определять величину подъема уровня подземных вод под влиянием различных факторов подтопления. Однако аналитические зависимости пригодны лишь для определенной группы расчетных фильтрационных схем и не учитывают целого ряда природных особенностей» осложняющих решение задач;

12

б)    методы моделирования, предусматривающие ре» шение задач прогноза подъема уровня подземных вод с помощью аналоговых (АВМ) и цифровых (ЭВМ) вычислительных машин. Численные методы, реализуемые с применением машинной вычислительной техники, позволяют учитывать достаточно сложные гидрогеологические условия, в частности плановую и вертикальную фильтрационную неоднородность водоносных пластов, сложность формы области фильтрации, переменность питания грунтовых вод, и т. д. Вместе с тем методы моделирования требуют применения специальной вычислительной техники И позволяют решать лишь конкретную фильтрационную задачу, не давая возможности распространять полученные результаты на другие случай;

в)    метод аналогий, основанный на использовании фактических сведений по подъему уровня подземных вод на территориях, находящихся в аналогичных гидрогеологических и инженерных условиях. Этот метод позволяет на ранних стадиях проектирования ориентировочно оценивать величину подъема уровня подземных вод, например, по результатам оценки водного баланса сопоставляемых участков подтапливаемых территорий.

1. 27. Для составления прогноза подъема уровней подземных вод под влиянием различных источников подтопления необходимо знание величины инфильтра-ционного питания подземных вод (прил. 1).

2. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЕРТИКАЛЬНОГО ДРЕНАЖА ПОДТОПЛЕННЫХ ТЕРРИТОРИИ

2L1- Г(шток дренажных вод в каждую скважину защитного линейного ряда скважин вертикального дренажа (дебит скважины) определяется по формуле'*'

8 + §). (2 .1)

Обозначения параметров, входящих в эти. форму

лы, приводятся ниже.

13

Здесь; U_д - функция напора, которая определяется по следующим зависимостям; для безнапорных условий

и_л - (Hi -    -    s_A)]/z    j    ^(2>2)

для напорных условий

#А-Т(Н_е-М_й).    (2.3)

В формуле (2.1) функция    -    фильтрационное

сопротивление совершенной скважины, которое определяется йо формулам, приведенным в табл. 1.

2.2. Понижение уровня грунтовых вод в любой точке пласта при работе дренажа определяется по формуле

4е^в */4**(+х + V-    (2. б)

Здесь напорная функция для безнапорных условий

Hi)/z ,

для напорных условий

Vx=T(H_e-H_x).    (2.8)

В формуле (2.6), как я в формуле (2.1), функщш - фильтрационное сопротивление для определения понижения уровня грунтовых вод определяется    по

табл. 1.

2. 3. В тех случаях^ когда унификация тех или иных расчетных зависимостей и их приведение к канонической форме оказались невозможны » в табл. 1    эти

формулы даны в первоначальном виде.

2. 4. Дополнительное гидравлическое сопротивление на несовершенство вскрытия водоносного пласта определяется по табл. 1 прил. 2 - для установившегося режима фильтрации и по табл. 2 прил. 2 - для меустано-вившегося режима. В этих таблицах Г - мощность напорного пласта, I - длина фильтра скважины, г_с -радиус скважины. Для безнапорных условий принимается

r°H₉-0,5S_Ai    _А.    (2.9)

Здесь I q — глубина погружения рабочей части скважины под уровень грунтовых вод или разность отметок

У становившийся режим фильтрации [9]. wTittCi. . *i_ _о ,

*—67Г7    Ш' в %т

Н_л-Н_е-&_л (/- -£-)^7    *    ~

Для зоны Г    л    а

T*D,S(H,+Hb)'_t/b*1+^*Td'

Для зоны 11

Г-С,5(Н_г гНл)} Jb^l    '

Не в канонической форме.

ПаГ

Расчетная формула

ZTLi —Ъ—

п. - число скважин. Для области L₀ <ж < L i

Для области х > Lf

** =*(/•- о]

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ (ПНИИИС) ГОССТРОЯ СССР

Рекомендации

по инженерногидрогеологическому обоснованию защитного дренажа территорий, подтапливаемых подземными водами

Москва Сгройиздат 1985

кольцевой дренаж

УДК 624.131.6 + 624.152.612

Рекомендовано к изданию решением секции гидрогеологии и гидрологии Научно-технического совета ПНИИИС Госстроя СССР,

Рекомендации по инженерно-гидрогеологическому обоснованию защитного дренажа территорий, подтапливаемых подземными водами/ПНИИИС Госстроя СССР. -М. .Стройиздат, 1985 — 88 с.

В результате обобщения и систематизации данных натурных исследований, анализа существующих аналитических решений фильтрационных задач, а также составления некоторых новых формул разработана методика гидрогеологического расчета защитного дренажа.

Даны примеры расчетов и методика проектирования лучевого дренажа застроенных территорий.

Для инженерно-технических работников проектно-изыскательских и научно-исследовательских организаций.

Табл. 8, ил. 25.

3202000000 - 620

р------------Инструкт.-нормат.,    И    вып.    -81-83

047(01) -₈5    ^F

© Стройиздат, 1985

ПРЕДИСЛОВИЕ

Широкое развитие промышленного и    городского

строительства, прокладка водоводных коммуникаций, образование водохранилищ и прудов, каналов, орошение сельскохозяйственных земель и другие мероприятия неизбежно ведут к дополнительному техногенному обводнению земель. В связи с этим в пределах застроенных территорий городов и промузлов в последние годы- отмечены коренные изменения гидрогеологической обстановки, обусловленные развитием процесса подтопления территорий подземными водами.

Подтопление городских и промышленных территорий приводит к формированию новых техногенных горизонтов подземных вод, с которыми связано затопление подвальных помещений, заболачивание низинных участков рельефа местности, агрессивное воздействие на фундаменты сооружений и т.д.

Наиболее эффективным мероприятием по борьбе с подтоплением территорий является дренаж, который перехватывает и отводит подземные воды, защищает застроенные площади или отдельные сооружения.

ПНИИИСом был проведен инженерно-гидрогеологический анализ защитных дренажей застроенных территорий городов Астрахани, Кинешмы, Сызрани, Ульяновска, Энгельса, Абакана, Усть-Абакана (РСФСР), Никополя, Каменки-Днепровской (УССР), Огре (Латв. ССР)* Всего обследовано 30 различных объектов.

В большинстве упомянутых городов достаточно эффективно действуют защитные (головные, придамбовые, отсечные, перехватные) и систематические площадные дренажи горизонтального (открытые и закрытые), вертикального и комбинированного типа.

Путем проведения сопоставительных расчетов уровней и расходов подземных вод по разным формулам и методикам и их сравнения с результатами режимных наблюдений и с эксплуатационными характеристиками для конкретных условий выполнена оценка и сделан выбор между различными? 1) режимами грунтовых вод (неустановившийся или стационарный, напорный и безнапорный со свободной поверхностью); 2) граничными

условиями (область питания с уровнем равного напора или расхода и др. ); 3) типами водоносного пласта, зависящего от расположения в них дренажных сооружений (ограниченные и неограниченные по    мощности

пласты, совершенные и несовершенные дренажи по степени вскрытия водоносного пласта).

Проведенные исследования позволили подготовить основу для составления методики гидрогеологических расчетов защитных дренажей, которая содержит комплекс формул для расчета вертикального, горизонтального, комбинированного и лучевого дренажей. Работа в этой части выполнялась путем обобщения и анализа существующих методов фильтрационного расчета. При этом было выполнено упрощение и табулирование целого ряда сложных фильтрационных решений с доведением расчетных выражений до вида, удобного для практических расчетов. В некоторых случаях проведены теоретические исследования для получения новых решений фильтрационных задач-

Методика гидрогеологического расчета иллюстрируется решением комплексных практических тестовых задач-Все формулы снабжены расчетными графиками и таблицами.

Для лучевого дренажа даны также рекомендации по конструктивным решениям, которые в отличие от горизонтального и вертикального дренажа в литературе освещены недостаточно.

Рекомендации разработаны ПНИИИС Госстроя СССР: канд. тех. наук Г. А. Разумовым при участии инженеров И. Г. Казаковой и В. В. Бондаренко.

Замечания и предложения просим направлять по адресу: 105058, Москва, Окружной проезд, 18, ПНИИИС.

1. ВЫБОР ТИПОВЫХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТНЫХ СХЕМ И КОНСТРУКТИВНЫХ ТИПОВ ЗАЩИТНОГО ДРЕНАЖА

1.1.    Дренаж застроенных или отведенных под застройку территорий служит одним из главных мероприятий по защите зданий и сооружений от подтоплении подземными водами. Дренаж может дополняться и другими средствами защиты (гидроизоляция заглубленных помещений, противофильтрационные завесы, регулирование поверхностного стока, ликвидация утечек из водо-несущих коммуникаций и т. п. ).

1.2.    Выбор схемы дренирования подтапливаемых территорий и отдельных зданий и сооружений осуществляется на основе оценки характера расположения и интенсивности источников подтопления, гидрогеологических, инженерно-геологических и других природных условий, а также инженерно-производственных задач защиты и организационно-территориальных возможностей.

1. 3. Дренажные мероприятия предназначаются дпд общей защиты подтапливаемой территории или отдельных ее районов (участков) и локальной защиты подземных частей отдельных зданий и сооружений или подземных коммуникаций-

В ряде случаев возможно комплексное применение общего дренирования территории, совмещенного с локальным дренажем отдельных фундаментов, подвалов, галерей, туннелей и других заглубленных частей зданий и сооружений.

1.4. Основные задачи дренажа при защите территории от подтопления грунтовыми водами:    перехват

грунтовых вод, подтапливающих территорию^ и обеспечение заданной нормы осушения территории.

Решение первой задачи обеспечивается водосборным и водоотводным, второй - водоп ониэительным    дейст

вием дренажа.

1. 5. Основные источники подтопления застроенных территорий, действующие совместно или каждый в отдельности, можно объединить в следующие группы:

5

a 6 * * *w * * * I i »* » * * i

Рис.1. Основные расчетные схемы питания водоносного пласта, подлежащего дренированию а - граница с постоянным напором^ t> - граница с постоянным расходом

фильтрация из крупных водоемов или водотоков (водохранилищ, магистральных каналов, рек);

поток грунтовых вод естественного или искусственного происхождения (оросительные системы, каналы, пруды, промпредприятия и т. д.) со стороны берега (водораздела);

источники самоподтопления (утечки из водонесущих коммуникаций, промышленных производств с "мокрой" технологией и т. п.).

1. 6. В соответствии с перечисленными источниками подтопления можно выделить две основные расчетные гидродинамические схемы питания пласта (рис. 1), когда на одной боковой границе области фильтрации имеет место постоянный уровень воды, а на другой (береговой, водораздельной) границе либо также уровень равного потенциала (рис. 1,а), либо равного притока (рис. 1,й"). В обоих случаях дополнительно может иметь место иифильтрационное питание пласта сверху.

1.7. По виду взаимодействия дренажа с источниками питания водоносного пласта и по их роли    в

борьбе с подтоплением застроенных территорий дренажи подразделяются на: отсечные (перехватные) дренажи, защищающие территорию от поступления на нее подземных вод со стороны, и систематические (площадные) дренажи, защищающие территорию от подтопления инфильтрационными водами, поступающими в водоносный пласт сверху.

6

Рис. 2. Обшая схема защитного дренажа подтапливаемой территории 1 — поток ] подземных вод; 2 - защищаемая территория; 3 - систематический дренаж; 4 -водохранилище; & - береговой дренаж; б - головной дренаж

1.8. Общая плановая гидрогеологическая расчетная схема расположения защитных дренажей приведена на рис. 2. Эта основная схема предполагает защиту застроенной территории от подтопления потоком фильтрационных вод со стороны крупного водотока (водоема)-береговой дренаж* а также со стороны водораздела -головной дренаж.

1. 9. В зависимости от различия в плановом расположении защищаемой территории и гидрогеологических условий могут быть выделены следующие схемы дренирования:

а)    однолинейные - головные или береговые (иногда дополненные придамбовым);

б)    двухлинейные — головные и береговые, действующие во взаимодействии друг с, другом;

в)    кольцевые (контурные) системы, при которых обеспечивается защита подтапливаемых участков или отдельных сооружений со всех сторон;

г)    систематические (площадные) схемы дренажа, расположенного равномерно по всей дренируемой территории;

д)    смешанные (комбинированные) схемы дренирования, линейные или кольцевые схемы дренажа всегда совмещены со систематическими.

1.10. В общем случае для защиты уже застроенной или еще подлежащей застройке территории, где имеет место многофакторное подтопление, применяются комплексные системы защитного дренажа, включающие береговой, головной и систематический. Наряду с нимй

7

для защиты отдельных зданий и сооружений или участков застройки может применяться локальный дренаж, который выполняется в виде кольцевых (контурных) дренажных систем, горизонтального, вертикального, комбинированного или лучевого типов.

1.11- На уже застроенных эксплуатируемых территориях в систематических (площадных) схемах дренирования прокладывать горизонтальный дренаж затруднительно в связи со стесненностью застройки и с занятостью подземного пространства трубопроводами, кабельными и другими коммуникациями. Поэтому в таких условиях предпочтительнее применение вертикального и лучевого дренажей, которые сооружаются бестраншейным способом.

1.12.    По конструктивному признаку можно выделить следующие виды защитных дренажей: горизонтальные, подразделяющиеся на открытые (например, дренажные каналы, копани и т. д.) и закрытые (трубчатые, галерейные и др.); вертикальные, состоящие из системы буровых дрешжных скважин, оборудованных фильтрами и водоподъемниками для откачки воды; комбинированные, состоящие из горизонтальной дрены и буровых скважин - усилителей, сбрасывающих воду в дрену; лучевые, представляющие собой систему горизонтальных радиальных трубчатых скважин - дрен, собирающих воду из дренируемого пласта и отводящих ее в центрально расположенный шахтный колодец, где устанавливается насос для откачки; естественные открытые дрены, представленные прудами, речными старицами, озерами, другими водоемами и водотоками, размещенными в местах понижения рельефа.

1.13.    Пэ характеру фильтрационной неоднородности могут быть выделены следующие типы водоносных пластов, подлежащих дренированию: 1) однородные в плане и разрезе; 2) неоднородные в плане; 3) неоднородные в разрезе; 4) неоднородные в плане и разрезе.

1.14.    Плановая фильтрационная неоднородность водоносных пластов главным образом зависит от фильтрационных свойств грунтов, слагающих отдельные геоморфологические элементы территории. С этим связана,