На примере существующего линейного объекта (автомобильная дорога), в статье приводятся основные негативные факторы, прямо повлиявшие на техническое состояние отдельных сооружений в процессе эксплуатации. В статье указываются причины изменения гидрогеологических условий на рассматриваемой территории, а также даны рекомендации и предложения в части реализации комплексных конструктивно-технологических решений по реконструкции существующих сооружений инженерной защиты территорий от опасных геологических процессов с учетом изменения гидрогеологических условий.
Ключевые слова: инженерные изыскания, инженерная защита территории, гидрогеологические условия, техническое состояние существующих сооружений, геотехнический мониторинг.
Введение
Строительство автомобильной дороги, расположенной в городе Сочи, Адлерский район (далее — Объект), проводилось с целью оптимизации объемов грузовых и пассажирских перевозок в городе Сочи, Адлерский район. На территории Объекта изначально были развиты опасные геологические процессы, обусловленные эндогенными и экзогенными (оползни, эрозия) факторами.
В рамках реализации Объекта был проведен комплекс работ по инженерным изысканиям и на основе полученных данных была подготовлена проектная документация. Проведена государственная экспертиза проектной документации и результатов инженерных изысканий. В 2013 году Объект построен и введен в эксплуатацию.
Выявленные изменения геологических и гидрогеологических условий
Влияния основных видов техногенного воздействия, при строительстве и дальнейшей эксплуатации автомобильной дороги, повлекло за собой непредсказуемую реакцию геологической среды. На склонах расположенных выше или ниже существующих подпорных стен появились свидетельства, сигнализирующие о изменении геологической среды и гидрогеологических условий площадки Объекта:
1) Активизация опасных геологических процессов на участках, где отсутствует инженерная защита или сооружения недостаточно эффективны (необходимо строительство дополнительных сооружений инженерной защиты или усиление имеющихся, а также мероприятия по планировке рельефа и дренажу);
2) Осадка поверхности (в т. ч. неравномерная) в результате самоуплотнения техногенных насыпных грунтов, с учетом дополнительного воздействия динамических нагрузок от движения автотранспорта (в т. ч. большегрузного) и изменения влажности грунтов;
3) Обводнение грунтового массива, развитие линейной эрозии и оползаний на участках сброса грунтовых и поверхностных вод из водопропускных сооружений на склоны;
4) Изменение водосборных бассейнов, поднятие уровней подземных вод в результате действия «баражного» эффекта (перегораживание естественного потока подземных вод) на отдельных участках (с недостаточной эффективностью дренажа), прилегающих к существующим подпорным стенам;
5) Развитие суффозии в результате фильтрации потока подземных вод через основание автодороги;
6) В ходе пьезометрических наблюдений (за уровнем грунтовых вод) в наблюдательных скважинах, расположенных выше подпорных стен или на участках склона между стенами, повсеместно отмечается значительное повышение уровня грунтовых вод (по сравнению с данными инженерных изысканий, выполненных ранее для проектирования объекта), что однозначно свидетельствует о заметном увеличении притока воды в грунтовый массив в результате дренирования атмосферных осадков, а также о наличии барражирующего эффекта подпорных стен, которые задерживают воды, фильтрующиеся в массиве грунта, расположенном выше подпорной стены.
Рис. 1. Склон подвержен эрозионным процессам
Рис. 2. Участок обводнен, склон подвержен эрозионным процессам
Рис. 3. Склон подвержен эрозионным процессам
Выявленные изменения технического состояния существующих сооружений
Все вышеперечисленные явления повлекли за собой деформацию существующих удерживающих сооружений Объекта. По результатам технического обследования существующих сооружений и сопоставления с исполнительной документацией, сделаны выводы, что подпорные стены соответствуют проектной и исполнительной документации. Строительно-монтажные работы выполнялись без отклонений от проектных решений и в соответствии с технологией выполнения работ.
В то же самое время на Объекте были зафиксированы различного рода деформации сооружений инженерной защиты, выше которых отсутствует лес или искусственное закрепление склонов, а именно:
— наличие горизонтального смещения секций подпорных стен сооружений в поперечном направлении;
— поверхностные трещины по верхней грани секций подпорных стен;
— сколы бетона с оголением арматуры;
— участки оголения и поверхностной коррозии арматуры;
— засор дренажных труб;
— множество вертикальных и горизонтальных трещин;
— участки замачивания со следами биоповреждения.
Рис. 4. Наиболее характерные деформации подпорных стен (несоответствие ширины деформационного шва между секциями)
Рис. 5. Наиболее характерные деформации подпорных стен (оголение буронабивной сваи ростверка подпорной стены)
Рис. 6. Наиболее характерные деформации подпорных стен (наличие горизонтального смещения в поперечном направлении секций)
По всей территории Объекта обнаружены локальные техногенные оползни, участки оплывов грунта, проявления водной эрозии склонов (промоины), а также наличие частиц грунта в дренажных лотках и колодцах (результат суффозии).
Результаты геотехнического мониторинга
Дефекты существующих сооружений в рамках технического обследования также зафиксированы в рамках геотехнического мониторинга, в ходе которого были обнаружены многочисленные внешние проявления опасных геологических процессов.
В рамках геотехнического мониторинга, в итоговом цикле наблюдений за удерживающими сооружениями, были выявлены плановые смещения относительно нулевого цикла на установленных деформационных марках (8–14 мм). Направление смещений совпадает с направлением падения склона.
В результате анализа данных, полученных в результате геодезической съёмки, можно отметить, что смещения реперов разнонаправленные и более значительные смещения зафиксированы на склонах, куда в зимний период велась свалка снега, а в весенний период, соответственно, происходило усиленное увлажнение грунта талыми водами.
Предлагаемые комплексные решения по реконструкции существующих сооружений инженерной защиты (подпорные стены)
По конструктивной схеме сооружения подпорных стен изначально были выполнены четырех типов:
Тип 1. Массивные уголковые стены переменной высоты от 3.00 до 9.00 метров на естественном основании;
Тип 2. Удерживающие сооружения глубокого заложения на свайном основании с диаметром свай 820 мм, длиной свай 15.0–20.0 м (в зависимости от геологических условий);
Тип 3. Удерживающие сооружения глубокого заложения на свайном основании с диаметром свай 1020 мм, длиной свай 20.0–25.0 м (в зависимости от геологических условий);
Тип 4. Подпорные стены габионного типа из сетчатых конструкций.
В рамках решений по реконструкции существующих сооружений инженерной защиты, предложено реализовать следующие дополнительные мероприятия:
— устройство дополнительных рядов грунтовых анкеров в существующих подпорных стенах, категория технического состояния которых признанно аварийным и ограниченно-работоспособным по итогу комплексного технического обследования;
— устройство дополнительной системы поверхностного водоотведения и дренажа;
— закрепление массивов грунта выше и/или ниже подпорной стены нагельными полями.
Указанные дополнительные мероприятия обеспечат устойчивость склонов и уменьшат оползневое давление на существующие подпорные стены.
Заключение
Автомобильная дорога построена в сложных природных условиях, Объект имеет крайне сложные III инженерно-геологические условия. В процессе строительства произошло значительное инженерное преобразование территории, выполнены объемные подрезки крутых склонов, продолжается масштабное строительство на прилегающих к Объекту территориях, что в совокупности привело к изменению подземных и верховых водотоков.
Основными негативными факторами, прямо повлиявшими на состояние рассматриваемых сооружений, следует считать изменение гидрогеологических условий площадки работ, которое обусловлено значительным инженерным преобразованием территории в процессе строительства автомобильной дороги, сооружений инженерной защиты и негативное влияние от реализации других объектов и работ (вырубка леса, подрезка крутых склонов, снятие дернового слоя, перемещение больших масс грунта).
При сопоставлении текущих данных инженерных изысканий с данными прошлых лет (2010 г.), наблюдается серьезное обводнение обследуемых участков. Повышение уровня подземных вод приводит к изменению (ухудшению) физико-механических свойств грунтов, что вместе с переувлажнением коренных пород (аргиллитов), характерных для всего рассматриваемого района, ведёт, с одной стороны, к увеличению статического воздействия массивов грунта на удерживающие их подпорные стены, с другой стороны, к ослаблению связей между фундаментами сооружений и их основаниями.
Совокупное влияния основных видов техногенного воздействия, при строительстве и дальнейшей эксплуатации автомобильной дороги, а так же продолжающееся строительство объектов на прилегающей к автомобильной дороге территории (подрезка деревьев, разрыхление грунтов, большой объем планировочных работ, пригрузки склонов, прокладка коммуникаций, динамические воздействия, создание обширных подъездных путей, нарушение поверхностного и подземного стока воды и т. д.) повлекло за собой сложную реакцию геологической среды.
Литература:
- Ливчак И. Ф. Инженерная защита и управление развитием окружающей среды / И. Ф. Ливчак. — Москва: Колос, 2001. — 158 c.
- Ананьев В. П. Инженерная геология / В. П. Ананьев, А. Д. Потапов. — 2. изд. — Москва: Высшая школа, 2000. — 510 c.
- Шапиро Д. М. Нелинейная механика грунтов / Д. М. Шапиро. — Воронеж: Воронежский ГАСУ, 2016. — 121 c.
- Королёв В. А. Инженерная защита территорий и сооружений / В. А. Королёв. — Москва: Кн. дом Университет, 2013. — 470 c.
- Черноморец С. С. Селевые очаги до и после катастроф / С. С. Черноморец. — Москва: Научный мир, 2005. — 180 c.
- Болдырев Г. Г. Методы определения механических свойств грунтов / Г. Г. Болдырев. — Пенза: ПГУАС, 2008. — 695 c.
- Ильичев В. А. Справочник геотехника. Основания, фундаменты и подземные сооружения / В. А. Ильичев, Р. А. Мангушев. — Москва: Изд-во Ассоц. строит. вузов, 2014. — 727 c.
- Грязнов О. Н. Техногенная трансформация геологической среды / О. Н. Грязнов. — Екатеринбург: Урал. горн.-геол. акад., 2002. — 224 c.
- Трофимов В. Т. Инженерная геология России / В. Т. Трофимов, Э. В. Калинин. — Москва: Московский гос. ун-т им. М. В. Ломоносова, 2013. — 815 c.
- Дмитриев В. В. Прикладная экология / В. В. Дмитриев, А. И. Жиров, А. Н. Ласточкин. — Москва: Академия, 2008. — 599 c.
- Мангушев Р. А. Проектирование и устройство подземных сооружений в открытых котлованах / Р. А. Мангушев. — Москва: Ассоц. строительных вузов, 2013. — 247 c.
- Пендин В. В. Методология оценки и прогноза оползневой опасности / В. В. Пендин, И. К. Фоменко. — Москва: URSS, cop, 2014. — 294 c.
- Мартемьянов А. И. Проектирование и строительство зданий и сооружений в сейсмических районах / А. И. Мартемьянов. — Москва: Стройиздат, 1985. — 253 c.
- Грязнова Е. М. Геотехнический мониторинг в строительстве / Е. М. Грязнова, А. Н. Гаврилов, Д. Ю. Чунюк, К. С. Борчев. — Москва: МИСИ-МГСУ, 2018. — 77 c.
- Малышев М. В. Механика грунтов. Основания и фундаменты (в вопросах и ответах) / М. В. Малышев. — Москва: АСВ, 2015. — 103 c.
