Рисунок 5. Участок подтопления территории напорными подземными водами полюстровского водоносного горизонта на ул. Антоновской, 16 вблизи школы №531

Проблемы подтопления территории Санкт-Петербурга подземными водами

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Facebook
Опубликовать в LiveJournal
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Яндекс

А.С. Николаев, Г.Б. Савенкова, Д.А. Другов, Н.Б. Филиппов, канд. геол.-минерал. наук

ГГУП «Специализированная фирма «Минерал»

Проблемы подтопления территорий и участков Санкт-Петербурга за счет подземных вод связаны как с залегающим первым от поверхности в зоне активного водообмена горизонтом безнапорных грунтовых вод, так и с напорными подземными водами межморенного водоносного комплекса в составе московско-осташковского или полюстровского (верхнего) и вологодско-московского (нижнего) водоносных горизонтов, циркулирующих в толще обводненных четвертичных отложений в зоне затрудненного водообмена. Относительным водоупором для безнапорных грунтовых вод на большей части территории Санкт-Петербурга служат валунные суглинки осташковской (ранее называвшейся лужской) морены.

 

  1. Подтопление не дренированных и слабодренированных территорий грунтовыми водами

Режим грунтовых вод определяется изменением трех основных показателей: уровня, качества и температуры. Основным показателем гидродинамического состояния в естественных и нарушенных условиях является положение уровня грунтовых вод (УГВ). На территории города выделяются два типа режима УГВ:

— естественный или слабонарушенный, приуроченный к периферийным частям города с рассредоточенной застройкой, наличием парков и зеленых массивов;

— нарушенный (техногенно-компенсированный), характерный для центральной части города и обусловленный сплошной асфальтировкой, застройкой территории, влиянием подземных коммуникаций (водо- и газопроводов, ливневых и канализационных коллекторов), облицовки набережных рек и т. п.

Режим УГВ в естественных и слабонарушенных условиях определяется, как правило, сезонными климатическими изменениями. Изменение режима подземных вод под действием техногенных факторов часто приводит к неблагоприятным последствиям – подтоплению территорий, подвалов, фундаментов зданий и сооружений, разрушению подземных коммуникаций.

Первой крупной и важной работой, вышедшей в 1975 году и обобщившей все ранее выполненные исследования по прогнозам положения максимального уровня грунтовых вод на территории г. Ленинграда, явилась работа Северо-Западной гидрогеологической и инженерно-геологической партии (СЗГИП) Северо-Западного территориального геологического управления (СЗТГУ) «Прогноз максимальных уровней грунтовых вод на территории г. Ленинграда».

Цель данной работы заключалась в составлении прогнозов естественного и слабонарушенного типа режима УГВ на территории Ленинграда. На основе гидрогеологического районирования по условиям формирования режима УГВ впервые была составлена сводная карта прогнозных максимальных УГВ в масштабе 1:20000, охватывающая территорию Ленинграда в границах проектируемой застройки до 1980 года на площади 550 кв. км. На карте были представлены прогнозные максимальные уровни грунтовых вод на фоне гидрогеологического районирования по видам режима и особенностям формирования УГВ с 5-процентной обеспеченностью (повторяемостью один раз в двадцать лет).

Было отмечено, что режим УГВ в районах новостроек является естественным или слабонарушенным и характеризуется прогнозными максимальными уровнями от 0,0 м до 0,5 м (от поверхности земли). Режим УГВ в центральных районах города является нарушенным (техногенно-компенсированным) под влиянием старой застройки, асфальтировки, различных подземных коммуникаций (водо- и газопроводов, канализационных и ливневых коллекторов), водонепроницаемых креплений и облицовки набережных реки Невы и ее притоков и др. Прогнозные максимальные УГВ по центральным районам города характеризуются глубинами залегания УГВ от 0,5 м до 1,8 м от поверхности земли.

В период с 1984-го по 1989 год Ленинградская (ныне Петербургская) комплексная геологическая экспедиция (ПКГЭ) проводит комплексные работы по инженеpно-геологической и гидрогеологической съемкам территории Ленингpада в масштабах 1:25000 и 1:50000 для обоснования Генерального плана развития города с учетом использования подземного пространства: в 1980–1984 гг. в северной и северо-восточной части города; в 1984–1989 гг. – в центральной и южной его частях. В этой крупной региональной работе приводится карта грунтовых вод масштаба 1:25000 с максимальными прогнозными уровнями 5-процентной обеспеченности.

В 2008 году по результатам мониторинга подземных вод территориального уровня, проводимого ГГУП «СФ «Минерал», с учетом перечисленных выше исследований впервые была построена цифровая карта максимальных прогнозных уровней грунтовых вод Санкт-Петербурга (рис. 1). По представленному на этой карте районированию значительная часть территории Санкт-Петербурга (порядка 374 км2) геоморфологически расположена на первой (литориновой) террасе в пределах уровней 0–9 м БС Приморской и Приневской низин. Эта территория в большей мере относится в основном к не дренированной и слабодренированной (подтопляемой) грунтовыми водами, так как прогнозные максимальные УГВ могут залегать здесь на глубинах от 0,0 м до 0,5 м.

Карта может эффективно использоваться при принятии важных проектных, управленческих и инженерных решений по:

— обоснованию, проектированию и строительству гражданских и промышленных объектов;

— освоению подземного пространства города;

— выбору планировочных отметок при строительстве, глубин заложения дренажей, заглубленных коммуникаций, подвальных помещений, ленточных и свайных фундаментов;

— при необходимости проведения мелиоративных мероприятий для предотвращения подтопления подвальных помещений жилых и промышленных зданий и сооружений, подземных паркингов, переходов и др.

Учитывая высокие уровни стояния грунтовых вод и низкую степень естественной дренированности территории города, расположенной в пределах литориновой террасы, грунтовые воды часто являются источником подтопления заглубленных сооружений (подвалов зданий, фундаментов, подземных переходов и гаражей).

Подтопление и связанное с ним заболачивание территорий являются важным процессом в Санкт-Петербурге. Этому способствуют и благоприятствуют следующие факторы и условия:

— климатические факторы – избыточное увлажнение при низких среднегодовых температурах воздуха и, как результат, превышение количества выпадающих осадков над испарением;

— широкое распространение с поверхности слабопроницаемых пород (ленточных глин и моренных суглинков);

— затрудненные условия подземного стока грунтовых вод, обусловленные слабоврезанной гидрографической сетью, низким гипсометрическим положением местности, неглубоким залеганием водоупоров, затрудняющих инфильтрацию атмосферных осадков вглубь разреза четвертичных отложений.

В центральной исторической части Санкт-Петербурга многие памятники архитектуры XVIII–XIX вв. построены на свайных основаниях (деревянные дубовые или сосновые сваи), например Исаакиевский и Казанский соборы, храм Спаса на Крови и т. п. Искусственное неконтролируемое снижение уровней ГВ во время строительных и ремонтных работ с принудительным водопонижением (прокладка коммуникаций, откачки воды из котлованов и траншей) может привести к осушению деревянных свай, развитию негативных процессов их гниения, снижению несущих свойств и деформациям фундаментов и стен уникальных исторических зданий и памятников архитектуры.

Рисунок 1. Карта максимальных прогнозных уровней грунтовых вод на территории Санкт-Петербурга

Рисунок 1. Карта максимальных прогнозных уровней грунтовых вод на территории Санкт-Петербурга

Влияние наводнений в Финском заливе и Неве на подъем (подпор) уровней грунтовых вод в зоне с гидрологическим подтипом режима (на примере Петропавловской крепости)

Наибольшее влияние наводнений в Финском заливе и Неве и, как следствие, подъем (подпор) уровней грунтовых вод проявляются в прибрежной зоне с гидрологическим подтипом режима.

За наводнение в Санкт-Петербурге принимается подъем уровня в реке Большая Нева у гидропоста рядом с Горным институтом выше отметки 160 см Балтийской системы (БС). Наводнения с подъемом воды в Неве до 210 см считаются опасными, до 299 см – особо опасными, свыше 300 см – катастрофическими. Причиной наводнений считается циклоническая деятельность в Балтийском море, в результате которой возникает нагонная (длинная) волна, попадающая в мелководный Финский залив и дельту Невы, где и происходят подпор и подъем речных уровней и затопление городских территорий. Наиболее опасным периодом, характеризующимся наводнениями, являются сентябрь–декабрь. Самым катастрофическим в истории Санкт-Петербурга стало наводнение 19 ноября 1824 года (421 см БС).

По данным ФГБУ «Северо-Западное УГМС»:

— за период наблюдений за уровнем воды в реке Большая Нева с 1878 года наибольшая продолжительность стояния уровня выше отметки 160 см БС была отмечена 4 октября 1921 года и составила 14 часов (максимальный уровень при этом наводнении достиг отметки 209 см БС);

— за период наблюдений с 1980-го по 2011 год (ввод в действие Комплекса защитных сооружений Санкт-Петербурга от наводнений) наибольшая продолжительность стояния уровня выше 160 см БС наблюдалась при наводнении 6 декабря 1986 года и составила 12 часов (при максимальном подъеме уровня в реке до 260 см БС);

— начиная с августа 2011 года (после ввода в эксплуатацию КЗС) по июнь 2016-го максимальный уровень в устье Большой Невы у Горного института наблюдался 28 декабря 2011 года и составил 168 см БС (продолжительность стояния уровня в реке выше 160 см БС составила 4 часа).

На территории Петропавловской крепости в настоящее время имеются три действующие наблюдательные скважины стационарной наблюдательной сети ГГУП «СФ «Минерал», оборудованные фильтрами на грунтовые воды. Наблюдения за УГВ проводятся здесь с 1980 года. Скважины находятся на разном удалении от Невы, что позволяет отслеживать влияние наводнений и нагонных явлений на режим уровней ГВ (рис. 2). Все скважины в 2006 году оборудованы электронными приборами-датчиками, позволяющими вести постоянные непрерывные наблюдения за режимом уровней грунтовых вод. Горизонт грунтовых вод залегает здесь первым от поверхности, имеет повсеместное распространение в песчаных отложениях современного и верхнечетвертичного возраста. В пределах рассматриваемой территории водовмещающие отложения горизонта грунтовых вод представлены песками, супесями и техногенными грунтами. Водоносный горизонт безнапорный. Грунтовые воды разгружаются в Кронверкский пролив и Неву. Пополнение грунтовых вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков или подпитки за счет речных вод во время наводнений. Относительным водоупором являются ленточные глины и суглинки осташковской морены. Режим грунтовых вод на исследуемой территории относится к гидрологическому подтипу и, в основном, зависит от режима колебания уровней поверхностных вод в р. Неве и Кронверкской протоке (рис. 3).

Рисунок 2. Схема расположения наблюдательных скважин на территории Петропавловской крепости

Рисунок 2. Схема расположения наблюдательных скважин на территории Петропавловской крепости

Изучение влияния подъемов уровня в Неве на режим и положение уровня грунтовых вод до ввода в строй КЗС показало, что при подъеме воды на 1,34 м и длительности наводнения 12 часов максимум обратной волны распространяется на 240 м. На расстоянии 180 м от берега подъем уровней грунтовых вод составляет 0,3 м. Отставание максимума подъема от максимума наводнения в Неве составляет 8 часов. При минимальных уровнях в Финском заливе русла Невы и Кронверкской протоки на рассматриваемой территории являются естественной дреной для грунтовых вод.

Внутригодовые изменения уровней грунтовых вод на Заячьем острове определяются интенсивностью их питания (наводнения и нагонные явления в Неве и Финском заливе) или его отсутствием (разгрузка грунтовых вод в реки при минимальных уровнях поверхностных вод). Основные характеристики режима уровня ГВ за период наблюдений с 1981-го по 2015 год по наблюдательным скважинам (№2501–2503, абс. отм. устьев 2,53–3,72 мБС) приведены на рис. 3.

Приведенные данные свидетельствуют о сложных геолого-гидрогеологических условиях территории Заячьего острова. При долговременных повышениях (стояниях) уровней поверхностных и грунтовых вод фундаменты и стены зданий и сооружений Петропавловской крепости подвержены воздействию капиллярности (физическое явление, состоящее в поднятии воды по капиллярам горных пород под влиянием капиллярных сил), что приводит к смачиванию фундаментов и стен исторических зданий и сооружений Петропавловской крепости, разрушению штукатурки и т. п. Реконструкция фундаментов, подвалов исторических инженерных сооружений и памятников архитектуры потребует проведения полного комплекса гидроизоляционных работ с учетом негативного воздействия процессов капиллярности на фундаменты и стены во время нагонных явлений и наводнений в Неве.

Таким образом, при проектировании, строительстве и эксплуатации заглубленных подвальных помещений зданий и сооружений, расположенных в Санкт-Петербурге по берегам Финского залива, реки Невы и ее притоков в зоне с гидрологическим подтипом режима УГВ необходимо учитывать негативное влияние подпора УГВ и связанного с ним подтопления территории и подземных сооружений во время наводнений.

Рисунок 3. Среднегодовой уровень ГВ по створу скважин №2501–2503 (Петропавловская крепость за период наблюдений с 1981-го по 2015 год в сравнении со среднемноголетним)

Рисунок 3. Среднегодовой уровень ГВ по створу скважин №2501–2503 (Петропавловская крепость за период наблюдений с 1981-го по 2015 год в сравнении со среднемноголетним)

Определение границ зон подтопления грунтовыми водами территорий Санкт-Петербурга, прилегающих к зонам затопления поверхностными водами водных объектов

Работы по определению границ зон подтопления грунтовыми водами в отношении территорий Санкт-Петербурга, прилегающих к зонам затопления поверхностными водами водных объектов, были выполнены ГГУП «СФ «Минерал» в 2016 году по заказу Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности Санкт-Петербурга на основании и в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 18.04.2014 №360 «Об определении границ зон затопления, подтопления» (вместе с «Правилами определения границ зон затопления, подтопления»).

Целью работ являлось определение границ зон подтопления в отношении территорий Санкт-Петербурга, прилегающих к зонам затопления поверхностными водами, повышение уровня грунтовых вод в которых обусловливается их подпором уровнями высоких поверхностных вод водных объектов для предотвращения негативного воздействия вод на территорию Санкт-Петербурга.

В результате выполненного комплекса работ построена карта (план) границ зон подтопления грунтовыми водами масштаба 1:10000, прилегающих к зонам затопления водных объектов, оказывающих негативное воздействие на территории города.

В границах зон подтопления (согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 18.04.2014 №360) определяются:

— территории сильного подтопления – при глубине залегания грунтовых вод менее 0,3 м;

— территории умеренного подтопления – при глубине залегания грунтовых вод от 0,3–0,7 до 1,2–2 м от поверхности;

— территории слабого подтопления – при глубине залегания грунтовых вод 2–3 м.

Для построения карты (плана) границ зон подтопления грунтовыми водами были использованы материалы по определению зон затопления территории Санкт-Петербурга, переданные СПБ ГКУ «Научно-исследовательский и проектный центр Генерального плана Санкт-Петербурга». Карта построена специалистами-гидрогеологами ГГУП «СФ «Минерал» по результатам анализа геолого-гидрогеологических, метеорологических, гидрологических материалов, данных полевых работ и математического моделирования. Она отображает расположение границ зон подтопления территории Санкт-Петербурга грунтовыми водами, прилегающих к зонам затопления поверхностными водами, и содержит контуры участков зон подтопления разной степени, контуры зоны затопления и контуры береговой линии водных объектов. Карта выполнена в двух вариантах: в электронном виде (проект ArcGIS с набором необходимых шейп-файлов) и на бумажном носителе (книга формата А3), где области зон подтопления территории представлены на 52 листах (планах) масштаба 1:10000 с обзорной схемой расположения листов.

Карта-план границ зон подтопления грунтовыми водами территорий Санкт-Петербурга, прилегающих к зонам затопления поверхностными водами водных объектов, будет использована в качестве обосновывающего материала при принятии управленческих решений, проектировании и строительстве для реализации и обосновании Генерального плана развития Санкт-Петербурга на период 2018–2028 гг.

Подтопление территорий и подвальных помещений напорными подземными водами

Московско-осташковский (верхний) межморенный (полюстровский) водоносный горизонт (ВМВГ) наиболее широко развит в северно-западной части территории Санкт-Петербурга в Курортном районе, в северо-восточной и центральной частях города на Приневской и Приморской низинах. Горизонт залегает под отложениями осташковской морены на московской морене или на дочетвертичных породах и сложен песчано-гравийными водно-ледниковыми отложениями. Глубина залегания кровли водовмещающих отложений изменяется от 2 до 40 м. Мощность горизонта – от долей метра до 30 м, наиболее распространенная – от 5 до 15 м. Разнообразие условий осадконакопления предопределяет фациальные различия гранулометрического состава водовмещающих пород: от мелких и пылеватых песков до крупных песков с гравием и галькой. Питание ВМВГ осуществляется за счет перетекания грунтовых вод из выше залегающих слоев через «гидрогеологические окна» на участках отсутствия перекрывающих водоупорных валунных осташковских моренных суглинков. Удельный дебит скважин в основном составляет 0,01–2,5 л/с. Подземные воды повсеместно напорные. Уровни устанавливаются на глубинах от 0,1 до 30 м, а местами (Полюстрово, Ржевка-Пороховые) выше поверхности земли на 1–3 м. При проведении строительных работ в районах развития полюстровского водоносного горизонта возможны прорывы напорных подземных вод в строительные траншеи и котлованы.

Рисунок 4. Участок подтопления подземными водами ВМВГ во дворе дома на пр. Металлистов в Калининском районе

Рисунок 4. Участок подтопления подземными водами ВМВГ во дворе дома на пр. Металлистов в Калининском районе

Участок Полюстрово (Антоновская – Ключевая ул. – пр. Металлистов) в Калининском районе. В настоящее время пьезометрические уровни подземных вод верхнего межморенного водоносного горизонта (полюстровского) в районе шоссе Революции, Пискаревского пр., улиц Замшина, Бестужевской, Маршала Тухачевского, пр. Энергетиков устанавливаются выше поверхности земли. Отмечаются выходы подземных вод на поверхность и подтопление подвальных помещений. Такие участки известны на улицах Антоновской, Ключевой и пр. Металлистов (рис. 4).

Участок пересечения проспектов Косыгина и Наставников в Красногвардейском районе. В 2012 году ГГУП «СФ «Минерал» было проведено натурное обследование участка самоизлива напорных подземных вод ВМВГ на дневную поверхность на участке, расположенном по адресу: пр. Косыгина, 26, корп. 2 (со стороны пр. Наставников). Здесь на краю газона и площадки под автостоянку напротив универсама находится точечный выход на дневную поверхность напорных подземных вод верхнего межморенного (полюстровского) водоносного горизонта в виде грифона – самоизливающего источника (рис. 6).

Рисунок 5. Участок подтопления территории напорными подземными водами полюстровского водоносного горизонта на ул. Антоновской, 16 вблизи школы №531

Рисунок 5. Участок подтопления территории напорными подземными водами полюстровского водоносного горизонта на ул. Антоновской, 16 вблизи школы №531

Самоизлив напорных полюстровских подземных вод произошел здесь в 2009 году по стволу плохо затампонированной после проведения изысканий под строительство инженерно-геологической скважины. Об этом свидетельствуют отсутствие обсадных труб, точечный локальный выход подземных вод на поверхность, ржавые пятна, связанные с выпадением ионов железа, повышенное содержание которого характерно для полюстровских подземных вод. Подземные воды вытекают на поверхность в верхней части газона и в виде ручейка поступают на проезжую часть пр. Наставников, а далее – в ливневый коллектор (рис. 6).

Расход самоизливающих подземных вод составляет порядка 100 мл/сек (8,6 м3/сут.). Выход подземной воды на поверхность в зимний период приводит к образованию наледей на проезжей части, что увеличивает опасность возникновения дорожно-транспортных происшествий.

На участке выявленного самоизлива подземных вод глубина залегания кровли ВМВГ составляет 17–18 м. Подземные воды ВМВГ приурочены здесь к озерно-ледниковым супесям, флювиогляциальным пескам и гравийно-галечным отложениям нижневалдайского горизонта, залегающим между валунными суглинками осташковской и московской морен. Подземные воды ВМВГ повсеместно напорные. В зависимости от глубины залегания кровли водовмещающих пород напор достигает 20–25 м. Отдельные скважины, вскрывшие подземные воды ВМВГ, фонтанировали. По имеющимся гидрогеологическим данным, юго-восточная часть квартала 48 (напротив дома №26, корп. 2 по пр. Косыгина) относится к зоне возможного самоизлива напорных подземных вод ВМВГ на поверхность при их вскрытии.

Рисунок 6. Прорыв напорных полюстровских подземных вод и подтопление участка по адресу: пр. Косыгина, 26, корп. 2 (газон со стороны пр. Наставников)

Рисунок 6. Прорыв напорных полюстровских подземных вод и подтопление участка по адресу: пр. Косыгина, 26, корп. 2 (газон со стороны пр. Наставников)

В результате гидрогеологических исследований, заключавшихся в сборе, анализе и обобщении фондовых данных, материалов мониторинга подземных вод, проведенных ГГП «Севзапгеология» (А.С. Николаев, Е.Ю. Боровицкая) по заказу института «Лентипроинжпроект» в 1996 году (на территории кварталов 3, 4, 5, 48 района Ржевка – Пороховые), выявлено, что аварийный участок трассы канализационного коллектора, расположенный на пересечении проспектов Косыгина и Наставников, приурочен к погребенной палеодолине, характеризующейся повышенной мощностью ВМВГ; значительной глубиной вреза в московскую морену (местами она размыта); крупнозернистым и гравелистым гранулометрическим составом водовмещающих пород (развитых в переуглубленных тальвеговых частях долины).

ВМВГ на аварийном участке (длина 200 м) канализационного коллектора в районе пересечения проспектов Наставников и Косыгина (авария произошла в 1996 году) залегает на глубинах от 11 до 14 м. Напор подземных вод над кровлей составлял от 13 до 16 м и превышал в 1996 году отметку поверхности земли в среднем на 2 м (т. е. скважины самоизливали). Участок аварии приурочен также к узлу пересечения тектонических разломов нескольких направлений.

Водопонизительная откачка подземных вод на аварийном участке магистрального тоннельного канализационного коллектора проводилась ПУЭКС «Водоканал Санкт-Петербурга» из пяти гидрогеологических эксплуатационных скважин в период с 4-го по 11 мая 1996 года со средним суммарным дебитом 280 м3/час (6720 м3/сут.). На конечном этапе откачки на расстоянии 10 м от аварийного участка понижение пьезометрического уровня от первоначального составило 8,6 м, а на расстоянии 100 м – 4,7 м. Эти данные свидетельствуют о высокой водообильности ВМВГ, характеризующейся коэффициентом водопроводимости 615 м2/сут. (при вскрытой мощности горизонта порядка 10 м и коэффициенте фильтрации 60 м/сут.).

Водопонизительная откачка при ремонтных работах (ликвидации аварии) вызывала снижение уровней не только в напорном ВМВГ, но и привела к снижению (дренированию) уровней грунтовых вод. Это уменьшило влажность и пористость водовмещающих грунтовые воды пород и привело к их уплотнению и просадке, что, в свою очередь, вызвало негативные последствия (деформации фундаментов и несущих конструкций окружающих зданий и сооружений). Такие деформации наблюдались не только в непосредственной близости от аварийного участка на поверхности земли, но и на расстоянии 100 м к северу от участка (в стенах и фундаменте стоматологической поликлиники).

Следует особо отметить, что наиболее уязвимыми в плане снижения физико-механических характеристик грунтов и их устойчивости являются участки, где наблюдаются проявления неотектонического фактора – сопряжения с палеодолинами молодых геодинамически активных разломов различных направлений. Таким участком, где произошел прорыв напорных полюстровских вод по стволу плохо затампонированной (ликвидированной) бесхозной изыскательской инженерно-геологической скважины, и является данный обследованный участок. Причиной прорыва являются сложные гидрогеологические условия площадки. Сложность геолого-гидрогеологических условий участка прорыва заключается в наличии высоконапорных подземных вод ВМВГ, залегающих на глубине 17–18 м в погребенной древней палеодолине; приуроченностью участка к проявленной в разрезе четвертичных отложений зоне молодых геодинамически активных разломов.

Подтопление заглубленных подвальных помещений напорными подземными водами

Рисунок 7. Вокзальный комплекс «Ладожский» в Красногвардейском районе

Рисунок 7. Вокзальный комплекс «Ладожский» в Красногвардейском районе

Вокзальный железнодорожный комплекс «Ладожский» в Красногвардейском районе. Выполнение в 2011 году ГГУП «СФ «Минерал» комплекса гидрогеологических работ связано с подтоплением подземными водами подвальных помещений, расположенных на территории вокзального железнодорожного комплекса «Ладожский». Работы проводились для оценки гидродинамического и гидрохимического состояния подземной гидросферы на территории вокзального железнодорожного комплекса вблизи станции метро «Ладожская» и выработки рекомендаций по устранению подтопления подземными водами.

Участок вокзального железнодорожного комплекса «Ладожский» расположен в северо-восточной части Санкт-Петербурга (Красногвардейский район), вблизи железнодорожной станции Дача Долгорукова, рядом со станцией метро «Ладожская» (рис. 7). Работы выполнялись в три этапа. На первом этапе (сбор информации) до начала полевых работ были собраны и проанализированы материалы по геологическому строению, гидрогеологическим и инженерно-геологическим условиям района и участка по материалам региональных работ и проведенных инженерных изысканий непосредственно для вокзального комплекса «Ладожский» и прилегающей к нему территории.

На втором этапе (полевые работы) для оценки текущего состояния гидродинамической обстановки – изучение глубины залегания уровня грунтовых вод, слабоводоносных (супеси lgIIIos) и водоносных (пески lgIIIos) отложений напорного надморенного горизонта и вод напорного верхнего межморенного московско-осташковского водоносного горизонта (IIms-IIIos); изучение их взаимосвязи и химического состава подземных вод – было пробурено пять скважин. В процессе бурения производилось послойное описание керна. После окончания бурения и проведения прокачек скважин были произведены замеры уровня воды, отобраны пробы воды на химический анализ. Анализы воды производились в аккредитованной лаборатории ЗАО «Центр исследования и контроля воды».

На третьем этапе на основе архивных и вновь полученных данных был составлен отчет, в котором приводится детальный анализ причин подтопления вокзального комплекса и разрабатываются рекомендации по его устранению.

Рисунок 8. Подтопление подземных галерей подвальных помещений Ладожского вокзала напорными подземными водами

Рисунок 8. Подтопление подземных галерей подвальных помещений Ладожского вокзала напорными подземными водами

Кровля напорного надморенного горизонта грунтовых вод залегает здесь на абсолютных отметках от минус 3,0 мБС до минус 13,0 мБС, пьезометрический уровень воды данного горизонта устанавливается на абсолютных отметках 2,4–2,8 мБС, как и уровень грунтовых, что на 0,3–0,7 м выше пола подземного подвального этажа (абсолютные отметки 2,1 мБС). Совпадение уровней указывает на то, что оба этих горизонта взаимосвязаны и влияют на подтопление подземного этажа вокзального комплекса (рис. 8, 9).

В результате выполненного комплекса гидрогеологических исследований сделан вывод о том, что в подтоплении подвального этажа вокзального комплекса «Ладожский» участвует вода грунтового водоносного горизонта и напорного надморенного водоносного горизонта, кровля которого залегает на абсолютных отметках от минус 3,0 мБС до минус 13,0 мБС. Напорный (пьезометрический) уровень воды надморенного горизонта устанавливается на абсолютных отметках плюс 2,4–2,8 мБС, что соответствует залеганию уровня безнапорных грунтовых вод (данные по бурению скважин в 2011 году).

Рисунок 9. Подтопление подвалов Ладожского железнодорожного вокзала подземными водами

Рисунок 9. Подтопление подвалов Ладожского железнодорожного вокзала подземными водами

Водовмещающими породами надморенного горизонта являются супеси и мелкие пески. При проходке буронабивных свай с глубиной погружения конца свай 14,1–14,66 м (абсолютные отметки минус 11,43–11,85 мБС) этот напорный горизонт был вскрыт, напоры над кровлей достигают 5,5–16,0 м.

Сваями была нарушена сплошность ленточных глин, перекрывающих напорный надморенный водоносный горизонт, что привело к просачиванию подземных вод данного горизонта вдоль тела свай. Существующее в настоящее время постоянное динамическое воздействие (вибрация) от движения железнодорожного транспорта и связанные с ней процессы тиксотропии (разжижение структуры грунтов) усугубляют ситуацию.

Заключение

Таким образом, приведенные примеры убедительно свидетельствуют о том, что недоучет негативного влияния подземных вод при проектировании, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений в Санкт-Петербурге часто приводит к подтоплению территорий и заглубленных подвальных помещений. Высокие уровни стояния грунтовых вод и низкая степень естественной дренированности большей части территории города часто являются причиной подтопления заглубленных сооружений (подвалов зданий, фундаментов, подземных переходов и паркингов).

Для решения проблем подтопления территорий за счет грунтовых безнапорных и напорных подземных вод, постоянно возникающих при строительстве и эксплуатации зданий и инженерных сооружений различного назначения и освоении подземного пространства, необходимо продолжение проведения работ по изучению режима уровней подземных вод, в задачи которого входят:

— изучение негативного влияния подземных вод на строительство и эксплуатацию зданий и инженерных сооружений для прогнозирования возможных прорывов подземных вод в котлованы и траншеи под здания и сооружения и связанных с ними деформаций фундаментов и стен сооружений, предотвращая тем самым аварийные ситуации в городе;

— изучение режима колебания уровня грунтовых вод для предотвращения подтопления подвальных помещений жилых и промышленных сооружений, в том числе в зонах с гидрологическим типом режима;

— изучение режима уровней напорных подземных вод межморенного водоносного комплекса на проблемных участках Петербургского метрополитена (аварийный участок «Лесная» – «Площадь Мужества» и др.), на участках «гидрогеологических окон» в Калининском и Красногвардейском районах города;

— изучение режима уровней напорных (надморенный и верхний межморенный водоносные горизонты) подземных вод в районах интенсивной современной и перспективной жилой застройки города для предотвращения их негативного влияния.

Схема реализации действий по снижению негативного влияния подтопления территории подземными водами представляется следующей:

— детальное обследование и изучение всех очагов выхода и прорывов подземных вод с выявлением генезиса поступающих вод (грунтовые или полюстровские), способов и причин их выхода на поверхность (по стволам бесхозных скважин, свайным фундаментам и т. д.);

— оценка технического состояния стволов скважин, возможности и целесообразности их тампонирования (ликвидации);

— разработка и специальные расчеты оптимальных схем дренирования выявленных очагов подтопления территории, согласование проектов мелиорации и ликвидационного тампонажа бесхозных самоизливающих скважин.

В целом проблемы подтопления напорными водами ВМВГ касаются достаточно значительных участков как на территории Калининского, Красногвардейского, Выборгского, Невского, так и в меньшей степени других районов Санкт-Петербурга.

Несмотря на то, что ликвидация или локализация участков подтопления подземными водами представляются достаточно трудоемкими и дорогостоящими мероприятиями, затраты на их проведение несравнимы с ежегодным ущербом от негативных проявлений и затраченными средствами на «косметические» восстановительные работы.

Негативными следствиями процесса подтопления грунтовыми безнапорными и подземными напорными водами на территории Санкт-Петербурга являются деформации зданий и сооружений; заболачивание отдельных участков; коррозия и разрушение подземных коммуникационных сетей; подтапливание подвальных помещений.

Впервые созданная ГГУП «СФ «Минерал» в 2016 году карта-план масштаба 1:10000 границ зон подтопления грунтовыми водами территорий Санкт-Петербурга, прилегающих к зонам затопления поверхностными водами водных объектов, должна быть рационально использована в качестве обосновывающего материала при принятии ответственных управленческих решений, проектировании и строительстве зданий и сооружений для реализации и обоснования Генерального плана развития Санкт-Петербурга на период 2018–2028 гг.

Создать комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *