Институт комплексного развития территорий  Институт экологии города
главная
главная
  карта сайта
карта сайта
  контакты
контакты
       
 

 

Гидрогеологическое и геотехническое прогнозирование опасных процессов, возникающих при застройке центральной части города

036-2Е.М. Белякова,
начальник отдела гидрогеологических исследований НИиПИ ЭГ

 

Новая градостроительная политика московских властей направлена на сокращение строительных работ в историческом центре столицы и расширение объёмов реконструкции существующих зданий. Нормативные документы (например, «Рекомендации по проектированию и устройству оснований, фундаментов и подземных сооружений при реконструкции гражданских зданий и исторической застройки (Москва)») определяют реконструкцию как «выполнение работ, проводимых в связи с изменением геометрических размеров зданий, возрастанием постоянных или временных нагрузок, устройством подземных сооружений в пределах пятна застройки».

Особенностью строительства и реконструкции в условиях Москвы является их ведение в чрезвычайно сложных обстоятельствах, которые диктуют малые размеры рабочих площадок, их близость к существующей (в том числе исторической) застройке, наличие заброшенных подземных сооружений, современных подземных инженерных коммуникаций, а также воздействие грунтовых вод. Таким образом, на застройщика ложится ответственность за то, как повлияет его деятельность на состояние окружающей застройки и насколько экономически эффективными окажутся проектные решения, которые он намеревается использовать.

Одна из компаний-застройщиков обратилась к специалистам Научно-исследовательского и проектно-изыскательского института экологии города (НИиПИ ЭГ) с просьбой рассчитать влияние работ, связанных с реконструкцией здания в Сыромятническом проезде (зоне исторической застройки Москвы), на городское окружение. Наши расчёты показали, что строительные работы не окажут негативного воздействия на находящиеся вблизи исторические здания, но прокладка рядом с ними инженерных коммуникаций чревата значительными проблемами. Проектировщики, работавшие с застройщиком, предложили провести коммуникации вплотную к реконструируемому объекту. Нашим специалистам поручили проверить возможность использования такого решения. Расчёты показали, что здание не выдержит дополнительные осадки-деформации, возникающие при выемке коммуникационных траншей и котлованов у его фундамента (рис. 1). Мы рекомендовали проектантам изменить трассу коммуникаций и откорректировать конструктивные проектные решения по выемке и креплениям небольших котлованов под коллекторы. Такой подход позволил блокировать воздействие работ по прокладке коммуникаций на корпус реконструируемого здания.

Специалисты НИиПИ ЭГ выполняют комплексные расчёты на основе данных, собранных в ходе инженерно-геологических изысканий и обследований. Проектная документация включает в себя не только описание существующей ситуации, но и математическое моделирование геотехнических условий исследуемого объекта с учётом гидрогеологической составляющей. Такой объём работ выполняется для всех проектируемых объектов.

Антропогенный рельеф

Одним из факторов, осложняющих ведение строительных работ в центре Москвы, является современный городской рельеф, имеющий антропогенное происхождение. В течение столетий он формировался под воздействием хозяйственной деятельности за счёт насыпных грунтов. В центре города они очень мощные и абсолютно разноплановые, с невыдержанными включениями. Свойств у таких грунтов практически нет, они не нормируются и могут привести к просадкам возводимых или реконструируемых зданий. Поэтому при выборе проектных решений конструкций фундаментов этому фактору необходимо уделять повышенное внимание.

Как правило, высота насыпей в центре города достигает 10, а на отдельных участках — 15–20 м. Когда наши специалисты проводили гидрогеологические исследования и делали математическое моделирование для одного из объектов проекта «Москва-Сити», выяснилось, что мощность насыпей в районе проектирования составляет 16–20 м. Они появились на месте выработанных и засыпанных каменоломен, в которых в ­XVIII–XIX веках добывался известняк для фундаментов московских зданий. В XX веке из-за строительства гидроузлов на Москве-реке пришлось поднять высоту засыпки ещё на 5–6 м, потому что подъём уровня воды в реке стал причиной подъёма уровня грунтовых вод, подтопивших низменные участки пойменных территорий городского центра. Впоследствии на этих насыпях, сформированных грунтами неизвестного происхождения, велись работы по устройству набережных, промзон и застройке Москвы.

Подтопление грунтовыми водами

Колебания грунтовых вод негативно влияют на состояние застройки, особенно исторической, фундаменты которой сложены из известняка — карбонатной породы, реагирующей на подтопление грунтовыми водами, загрязнёнными промышленными стоками. Вступая во взаимодействие с кислой средой, белокаменные фундаменты постепенно разрушаются, что приводит к деформации зданий. Наши специалисты поставили такой «диагноз» постройкам Андреевского монастыря. Колебания уровня грунтовых вод стимулирует образование оползневых процессов.

НИиПИ ЭГ проводил гидрогеологическое обследование площадки для строительства канатной дороги и горнолыжного склона на Воробьёвых горах. Эта территория является одним из самых оползнеопасных мест в городе. Активизация оползневых процессов зависит от влажностного и вод­ного режимов склона. Чтобы не провоцировать колебание уровня грунтовых вод, нужно грамотно регулировать его влажностный и водный режимы. Одна из задач математического моделирования гидрогеологических процессов, происходящих на этой территории, состояла в определении мест размещения снежных пушек, чтобы при увеличении оснежнения склона уплотнённый снег таял медленнее и талые воды не активизировали оползневые процессы. Результаты наших исследований были учтены при разработке и реализации проекта благоустройства территории горнолыжного склона на Воробьёвых горах.

Суффозия и морозное пучение

Суффозия — это вынос мелких частиц грунта из-под фундаментов зданий фильтрующимися через него грунтовыми водами или водами, вытекающими из повреждённых сетей водопроводов и канализации. Подмывы под фундаментами приводят к разрушению строений. Несколько лет назад на стене Греческого зала Музея изобразительных искусств имени А.С. Пушкина появилась объёмная трещина. Внешнее обследование не дало ответа на вопрос о причине её образования. При вскрытии ленточного фундамента выяснилось, что его часть провисла над большой суффозионной промоиной. Укрепление фундамента и проведение мероприятий, направленных на прекращение суффозионных проявлений, предотвратили разрушение здания.

Похожая ситуация была выявлена при обследовании здания в Сыромятническом проезде в ходе разработки проекта его реконструкции. Специалисты геотехнической службы НИиПИ ЭГ предположили, что причиной просадки полов подвального помещения является суффозионное вымывание грунта водой, поступающей из повреждённой водопроводной трубы. Однако при инструментальном обследовании выяснилось: на этом участке очень высокий уровень залегания грунтовых вод (фото 2). В холодное время года на нём происходят процессы морозного пучения. Вода в грунте замерзает, грунт расширяется, выпирает и разрушает фундамент. С наступлением весны вода тает и грунт опускается. Такие колебания грунта оказывает негативное влияние на прочность старых зданий, имеющих неглубокие фундаменты.

В Москве глубина промерзания грунта составляет 1,4–1,7 м. Как правило, фундаменты лёгких зданий старой застройки углублены как раз на полтора метра, поэтому физические силы выталкивания воды работают на их разрушение. Современные здания имеют фундаменты от 2 до 5 и более метров, к тому же они часто имеют заглублённые сооружения. Подземное строительство в центре города ведёт к подъёму уровня грунтовых вод и провоцирует процессы морозного пучения, негативно влияющие на прочность находящейся рядом старой застройки.

Справедливости ради следует отметить, что колебания грунтов вследствие процессов морозного пучения наблюдаются не только в районе исторической застройки Москвы. Любую территорию, готовящуюся к застройке или ведению на ней работ по реконструкции существующей застройки, необходимо исследовать на предмет выяснения гидрогеологической ситуации.

Ещё одна из причин подтопления Москвы, ставшая притчей во языцех, — утечки из коммуникаций, в разы по сравнению с Подмосковьем увеличивающие питание грунтовых вод. Когда мы просчитываем прогнозные решения, обязательно указываем показатели с учётом увеличения техногенной инфильтрации за счёт возможных утечек из водонесущих коммуникаций. В прогнозные гидрогеологические решения проектов всегда закладываются потери 4–6 %, а при форс-мажорных обстоятельствах — 10 % количества подаваемой в трубы воды. Большинство провокаций происходит из-за неучтённых ситуаций с действующими инженерными коммуникациями.

Строительство подземных объектов

В последнее время застройщики активно используют подземное пространство Москвы. В рамках реконструкции зданий в пятнах их застройки строится всё больше и больше подземных и заглублённых сооружений. Их проекты должны учитывать воздействие нового строительства на окружающие, в том числе исторические объекты. Специалисты нашего института принимали участие в разработке проекта многофункционального гостинично-рекреационного комплекса «Кокоревское подворье», расположенного в зоне исторической застройки между Водоотводным каналом и Москвой-рекой (рис. 2.1).

Мы проводили гидрогеологическое моделирование территории, находящейся между двумя мощными водотоками, и просчитывали влияние высокозалегающих грунтовых вод на подземное пространство глубиной 18 м. Учитывая наличие барражного эффекта (подъёма верхней и опускания нижней границ грунтовых вод при обтекании ими препятствия), мы оценивали, насколько поднимется уровень грунтовых вод и как изменится гидрогеологическая ситуация на проектируемой территории (рис. 2.1– 2.3).

Обычно проектировщики озабочены повышением уровня грунтовых вод, потому что оно чревато опасностью подтопления застройки. Но в данном случае понижение уровня грунтовых вод, на которое обычно не обращают внимания, могло привести к просадке проектируемого и расположенного рядом зданий, потому что при понижении грунтовых вод осушались и оседали ранее водонасыщенные грунты. Наши специалисты разработали ряд рекомендаций, позволявших избежать этих нежелательных явлений.

«Кокоревское подворье» граничит с многофункциональным комплексом «Царёв сад», также имеющим подземные сооружения. Это один из первых крупных объектов такого рода, появившийся в Москве в конце 1990-х — начале 2000-х годов. Скорее всего, при строительстве его объёмного подземного пространства не была учтена сложная гидрогеологическая ситуация и не были выдержаны технологии ведения строительных работ при возведении ограждающей водонепроницаемой конструкции (стены в грунте). Поэтому ведение строительного водопонижения в мощном водоносном горизонте спровоцировало осадку грунтов основания фундамента соседнего здания на Болотной улице, повлекшего его разрушение. Сейчас такие случаи крайне редки (фото 1).

Прежде чем проектировать под зданием подземное пространство, нужно просчитать, эффективно ли его появление с экономической точки зрения и безопасно ли оно для городского окружения. Наши специалисты проводят комплексную оценку геологических рисков при строительстве подземного пространства. Её можно делать на всех стадиях проектирования, но гораздо выгоднее определять риски активизации негативных геологических процессов на стадии принятия инвестиционного решения. Иногда малыми рисками можно пренебречь, но реализация проектов с крупными потенциальными рисками может привести не только к финансовым потерям, но и к юридической ответственности.

Наши специалисты имеют большой опыт проведения комплексной оценки геологических рис­ков при строительстве подземных пространств. Основываясь на данных инженерно-геологических исследований и расчётов, мы даём рекомендации по корректировке начальных проектов. Обычно инвесторы соглашаются внести в них необходимые изменения. Им выгоднее принять советы наших специалистов, чем реализовать начальные варианты проектов, требующие для ликвидации выявленных рисков выполнения дополнительных работ с высоким уровнем трудозатрат.

Значение информации о гидрогеологической ситуации

Мы оцениваем проектные решения с позиций геотехнического и гидрогеологического прогнозирования развития ситуации на территории проектирования, а также экономическую эффективность проектных решений. Пример — работа специалис­тов НИиПИ ЭГ над проектом строительства комплекса телецентра и медиапарка ОАО «Первый канал». В ходе его реализации будет освоено значительное подземное пространство (рис. 3.2). Строительные работы пройдут в непосредственной близости к спорткомплексу «Олимпийский» (рис. 3.1, 3.5) и Екатерининскому пруду, расположенному в зоне исторической застройки.

Заказчик проекта хотел получить прогнозные изменения существующей ситуации при различных уровнях заглубления подземной части телецентра. Мы выполнили гидрогеологический и геотехнический прогнозы, а также провели оценку рисков, проанализировав несколько вариантов проектных решений при разных глубинах расположения подземной части проектируемого объекта.

Гидрогеологическое моделирование показало, что при перекрытии проектируемыми подземными частями зданий и сооружений двух водоносных горизонтов возникают барражные эффекты (рис. 3.3, 3.4). Подъём грунтовых вод верхнего горизонта на 2,5 м приведёт к уменьшению глубин залегания уровня грунтовых вод, что спровоцирует подтопление прилегающих участков. Следовательно, подъём уровня грунтовых вод требует проведения дренажных мероприятий. А при перекрытии подземными частями сооружений нижнего горизонта барражное изменение уровня подземных вод составит до 6 м подъёма и до 3 м падения. Такие резкие изменения негативно скажутся на состоянии грунтов и спровоцируют развитие неблагоприятных геологических процессов. Мы рекомендовали провести ряд специальных мероприятий и посоветовали оптимальные варианты проектных решений. Прогноз изменения гидрогеологической ситуации показал, что при выполнении наших референций строительство телецентра не окажет негативного влияния на гидрологический режим Екатерининского пруда и окружающую его историческую застройку.

На гидрогеологическое состояние участка строительства телецентра оказывают влияние гидрогеологические процессы, идущие на прилегающих к нему территориях. Оказалось, что Екатерининский пруд появился на месте засыпанной речки — естественного притока реки Неглинки. Мы проанализировали более 250 архивных скважин (рис. 3.1), что позволило получить необходимую информацию и смоделировать существующую гидрогеологическую ситуацию, относительно которой проведён расчёт изменения гидрогеологических условий при строительстве телецентра, оценены влияния прогнозных изменений на прилегающую территорию, устойчивость её застройки (рис. 3.6) и режим водотоков (рис. 3.5). Это длительный и трудоёмкий процесс, но результат стоил усилий.

Ознакомившись с нашими выводами, заказчики отказались от значительного заглубления подземных сооружений телецентра и приняли наши рекомендации. Специалисты НИиПИ ЭГ продолжают мониторинг гидрогеологической ситуации на этом участке даже после закрытия контракта на проведение исследовательских и аналитических работ. Это тот случай, когда репутация дороже денег. Мы считаем, что мониторинг должен вестись не только в период проведения изысканий, но и во время строительства, когда могут проявиться негативные изменения в режиме грунтовых вод и устойчивости грунтов оснований соседних зданий.

Мониторинг гидрогеологической ситуации

Даже предварительный комплекс работ, выполняемый сотрудниками НИиПИ ЭГ, позволяет представить картину гидрогеологической ситуации под строительной площадкой; выявить проблемы, с которыми могут столкнуться строители, и найти пути их решения. Сейчас инвес­торы и заказчики стали понимать, что анализ геологических рисков и выполнение комплекса гидрогеологических и геотехнических расчётов, наблюдений и исследований не каприз, а жизненно необходимая и экономически оправданная работа. Предупредить болезнь проще, чем лечить, а затраты на профилактику не идут ни в какое сравнение с затратами на оперативное вмешательство.

Наши специалисты уже пять лет контролируют гидрогеологическое состояние участка на Ходынской улице, на котором находится хлебозавод №5. Его производственный корпус, построенный в 1931 году, является памятником архитектуры.

Собственники этого здания ответственно относятся к необходимости его сохранения. Это логично — мониторинг обходится значительно дешевле, чем реставрационные работы, которые владельцы обязаны оплатить при возникновении такой необходимости. Постоянное наблюдение позволяет получать объективную информацию о влиянии на объект находящихся вблизи зданий и сооружений, так как гидрогеологическая ситуация постоянно меняется (рис. 4). Она обусловлена не только природными факторами (сезонностью, количеством осадков), но и антропогенным воздействием (новым строительством, техногенными утечками). Наши предложения позволяют свое­временно предотвращать возникновение неблагоприятных ситуаций.

Гидрогеологическая ситуация в центре Москвы

Район Замоскворечье имеет разную гидрогеологическую структуру. Находящиеся по соседству участки могут быть абсолютно непохожими по строению и характеру залегания грунтовых вод. В Москве несколько водоносных горизонтов. Региональным водоупором являются мощные юрские слюдистые глины, защищающие карбоновые горизонты, — известняки, содержащие основные эксплуатационные запасы воды. Вдоль крупных рек города идут древние размывы — пра-Москвы, пра-Яузы и их пра-притоков. В центре города, где переплетаются малые реки и их притоки, прослеживается размыв юрских отложений, и песчаные отложения лежат непосредственно на известняках, а по краям находятся юрские глины, водоупор, на которых лежит надъюрский водоносный горизонт.

Наши сотрудники рассчитывали барражный эффект при наличии нескольких водоносных горизонтов, расположенных друг под другом для проекта строительства комплекса зданий на Серпуховской улице, и выяснили, что в Замоскворечье, в условиях наличия регионального водоупора, эффект барража настолько незначительный, что не оказывает на застройку особого влияния.

Специалисты НИиПИ ЭГ принимали участие в разработке проекта подземного паркинга, который предполагалось построить под Водоотводным каналом в районе кинотеатра «Ударник». Заказчик хотел знать, как поведут себя при строительстве грунтовые воды и повлияет ли оно на гидрологическую ситуацию канала. Общую региональную модель рассчитывали специалисты «Геоцентр-Москва», гидрологическую ситуацию на период временного перекрытия канала моделировало НКФ «Волга». Их исследования показали, что гидрогеологическая ситуация практически не изменится, потому что барражный эффект при строительстве подземного паркинга погасит Водоотводной канал, а нарушения естественного гидрогеологического режима как в период строительства, так и в период эксплуатации не вызовут принципиальных изменений в характере взаимодействия подземных и поверхностных вод. Казалось бы, с точки зрения гидрогеологии всё было прекрасно — можно было смело приступать к строительству объекта. Но расчёты наших специалистов доказали, что реализация проекта окажется нерентабельной ни в плане финансов, ни в плане трудозатрат, ни в плане дополнительной экологической и физической нагрузки на одну из главных водных артерий города.

Необходимость, определённая законодательством

Условия ведения строительства и реконструкции зданий, а также освоения подземных пространств на территории исторического центра Москвы настолько сложны, что необходимость их предварительного изучения определена нормативными документами столичного стройкомплекса. Сотрудники НИиПИ ЭГ выполняют регламентированные законодательством гидрогеологическое и геотехническое моделирование территорий строительства, а также оценивают степень геологических рисков при реализации конкретных проектных решений. Гидрогеологические и геотехнические расчёты выполняются с использованием трёхмерного геофильтрационного (с элементами миграционного) и геотехнического моделирования. Широко применяются программные комплексы и авторские разработки. Результаты моделирования позволяют

  • прогнозировать негативные явления, которые могут произойти как в период строительства, так и в период эксплуатации объекта;
  • рассчитывать эффективность проектных конструктивных и дренажно-защитных мер и формировать рекомендации по их реализации.

 

Фото 1.
Разрушение исторического здания в зоне влияния нового строительства в условиях плотной застройки.

 

Фото 2.
Шурф в подвале здания, заполненный водой.

 

Рис. 1.
Модель просадки грунтов при выемке котлована рядом с фундаментом существующего здания для укладки коммуникаций.

 

Рис. 2.1.
Проектное решение освоения подземного пространства Кокоревского подворья на Софийской набережной.

 

Рис. 2.2.
Схема подготовки к моделированию изменения гидрогеологических условий при освоении подземного пространства на Софийской набережной.

 

Рис. 2.3.
Прогнозный результат изменения уровня подземных вод при освоении подземного пространства на Софийской набережной.

 

Рис. 3.1.
Одно из проектных решений использования подземного пространства комплекса телецентра и медиапарка ОАО «Первый канал».

 

Рис. 3.2.
Карта фактического материала, используемая для составления гидрогеологической модели территории, включающей строительство комплекса телецентра «Первого канала».

 

Рис. 3.3, 3.4
Прогнозный результат изменения уровня подземных вод при возведении ограждающей  конструкции строительного котлована.

 

Рис. 3.5.
ПЛАН расположения объектов строительства объектов медиапарка «Первого канала» относительно спортивного комплекса «Олимпийский».

 

Рис. 3.6.
Оценка влияния строительства комплекса медиапарка «Первого Канала» на состояние фундамента прилегающего здания

 

Фото 3.
Производственный корпус хлебозавода № 5 имени В.П. Зотова.

 

Рис. 4
Геомеханическая модель для здания хлебозавода № 5 и окружающей застройки.

 

 

Преимущества работы с нами состоят в том, что гидрогеологическое и геотехническое моделирование, а также определение геологических рисков проводятся комплексно, централизованно и взаимоувязано на основе данных, предоставленных собственным отделом инженерно-геологических изысканий и собственной сертифицированной лабораторией. На все виды работ имеются допуски СРО. Их выполняют сотрудники одной организации, что позволяет заказчику экономить не только средства, но и время,
потому что мы предоставляем услугу сопровождения проектной документации в ГАУ города Москвы «Московская государственная экспертиза».

 

 Скачать статью в pdf-формате

Share
Поместить ссылку в:
  • Перепечатка текстов и иллюстраций допускается только с письменного разрешения редакции.
 
 
RSS трансляция новостей
© 2005-2019 «Территория и планирование» - аналитический журнал о комплексном развитии территорий. ISSN 2074-2037 (Print), ISSN 2074-2045 (Online).