Анализ влияния строительства подземных сооружений способом «стена в грунте» на экологическую обстановку

Для составления анализа влияния строительства подземных сооружений способом «стена в грунте» на экологическую обстановку необходимо разобраться и рассмотреть сущность данного способа, его возможности и методы возведения стены в грунте.

Сущность способа «стена в грунте» заключается в образовании под защитой глинистого раствора траншеи (выработки) с вертикальными стенками и последующим заполнением траншеи материалами или конструкциями. При заполнении выработки бетоном, железобетоном и сборными конструкциями стена в грунте выполняет роль ограждающей или    несущей    конструкции.    При    заполнении    траншеи противофильтрационными материалами, они выполняют роль противофильтрационных устройств (завес).

Способ «стена в грунте» может быть использован в различных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях и во многих случаях позволяет отказаться от забивки шпунта, различного рода креплений, водопонижения и замораживания. Применение способа «стена в грунте» целесообразно при высоком уровне подземных вод; заглублении конструкции в прочный и водоупорный слой; в стесненных условиях строительства; при устройстве глубоких подземных сооружений (более 5-7 м).

Применение способа «стена в грунте» может быть ограничено: наличием грунтов с кавернами и пустотами, илов и рыхлых насыпных грунтов, включением обломков строительных конструкций и материалов и других препятствий.

В отечественной практике применяют два типа стен, возводимых способом «стена в грунте»: свайные — образуемые из сплошного ряда вертикальных буронабивных свай и траншейные — образуемые сплошной стеной из монолитного, бетона (железобетона) или сборных железобетонных панелей.

Технология устройства стены в грунте траншейным способом заключается в следующем: сначала производят устройство форшахты и заполняют ее бентонитовым раствором, затем происходит рытье траншей на длину захватки, после этого устанавливают ограничители и армокаркас и последним производят бетонирование методом ВПТ.

Стена в грунте из буронабивных свай возводится под защитой обсадной металлической трубы, чтобы не было обрушения. Так и бурят под ее защитой. Затем укладывают бетон и демонтируют обсадную трубу. Через ²/₃ бурят такую же скважину и так далее по периметру. Сначала пробуриваются нечетные скважины, затем четные. Нечетные скважины укрепляют, устанавливая арматуру, и затем укладывают бетон. В итоге получается чередование. Эта технология более надежна и устойчива, поэтому получила большее применение, чем траншейная. В экологическом плане более «чистая».

В зависимости от свойств грунта и его влажности применяют два вида возведения стен способом «стена в грунте» — мокрый и сухой .

Мокрым способом возводят стены подземных сооружений в водонасыщенных неустойчивых грунтах, обычно требующих закрепления стенок траншеи от обрушения грунта в процессе его разработки, а также при укладке бетонной смеси. Траншею в процессе ее разработки и возведения стен заполняют глинистым раствором, предотвращающим обрушение грунта. Это позволяет отказаться от выполнения таких работ, как забивка шпунта, водопонижение и замораживание.

При возведении стен в маловлажных устойчивых грунтах применяют сухой способ , при котором не требуется глинистый раствор. При мокром способе существенное влияние на ведение и качество работ оказывает технологическая характеристика глинистого раствора — его способность кольматировать.

«Стены в грунте» классифицируются:

• -    по    назначению    -    несущие,    ограждающие    и

• противофильтрационные;

• -    по материалу - железобетонные, бетонные, грунтоцементные, глинистые, комбинированные;

• -    по способу изготовления - монолитные, сборные, сборномонолитные.

Достоинства способа: надёжность, малая трудоёмкость, высокое качество работ, возможность работы в стеснённых условиях.

Недостатки:   сезонность работ, необходимость вывозки разжиженного глинистого раствора.

Опираясь на описанные выше сущность и возможности способа, можно сказать что “Стена в грунте” является высокоэффективным способом строительства подземных сооружений в условиях городской застройки и в сложных гидрогеологических условиях. В связи с этим к нему предъявляются повышенные требования с точки зрения обеспечения сохранности окружающей среды. Возведение “стены в грунте” должно осуществляться таким образом, чтобы свести к минимуму нарушения городской среды, предотвратить загрязнение воздушного бассейна, поверхностных и подземных вод, обеспечить устойчивость расположенных поблизости зданий, их фундаментов и инженерных коммуникаций, исключить осадки грунтового массива и поверхности земли.

Одним из основных требований является применение инженерных мер по снижению уровня шума и вибрации до допустимого уровня. Это требование особенно актуально при сооружении “стены в грунте” методом буронабивных свай. Монтажные краны, компрессоры, экскаваторы и т.п. должны иметь защитные средства по гашению шума и вибрации, чтобы уровень их в жилых и общественных зданиях не превышал допустимых значений, установленных санитарными нормами [2] .

С целью предотвращения загрязнения воздушного бассейна при строительстве подземных сооружений в жилых и промышленных зонах следует применять машины, механизмы и оборудование с электроприводами или оснащенные газоочистителями.

Особую опасность при строительстве способом “стена в грунте” для окружающей среды представляет загрязнение и истощение запасов подземных вод. Именно это накладывает ограничения на применение данного способа строительства. При большой скорости движения подземных вод, а следовательно и больших градиентах фильтрации в районе строительства могут возникнуть утечки глинистого раствора, что отрицательно сказывается как на состоянии подземного водного бассейна, так и на технологическом эффекте: исключается возможность образования экрана на стенках траншеи.

При наличии напорных вод с давлением, превышающим гидростатическое давление в траншее, траншея начинает работать как дрена. В результате естественный уровень подземных вод резко изменяется, что в свою очередь, может привести к образованию депрессионных воронок и просадкам земной поверхности. Глинистый раствор, вымываемый грунтовыми водами, выносится в подземные резервуары, которые гидравлически связаны с поверхностными водотоками. В результате ценным запасам пресных вод, которые и без того ограничены, угрожает загрязнение и истощение.

Как правило, глинистые растворы содержат различные химические добавки, способствующие стабилизации и увеличению скорости схватывания растворов. Эти добавки также выносятся грунтовыми водами, фильтрующимися по направлению к подземному сооружению, обеспечивая химическое загрязнение гидросферы.

В связи с этим, при возведении “стен в грунте” протяженных подземных сооружений в водонасыщенных грунтах необходимо предусматривать меры, исключающие нарушение режима грунтовых вод и обеспечивающие сохранность естественного уровня.

Для выбора мероприятия инженерной защиты определяют направление движения грунтовых вод, возможность образования подпора, его величину и область распространения и связанные с этим возможные нарушения окружающей среды. Одной из наиболее радикальных защитных мер является создание в теле “стены в грунте” специальных “окон” из дренирующих материалов или укладка дренажных труб для свободного пропуска грунтовых вод через стену.

Опасность загрязнения вод поверхностного стока возникает уже при отведении строительной площадки и подготовительных работах на поверхности земли. В результате работы оборудования в почву и воды поступает значительное количество бензина, масел, масляных и нефтяных веществ, компонентов цементного и глинистого растворов и т.п. Дождевая вода разносит эти вредные включения на значительные территории, вызывая обширное загрязнение почв, растительности, водоемов, а при дальнейшем испарении и воздушного бассейна.

Во избежание загрязнения городских водоемов предусматривают раздельное отведение со строительной площадки нормативно чистых грунтовых вод и загрязненных производственных сточных вод. Допускается сброс грунтовых вод в дождевую канализацию без предварительной очистки, если концентрация в них нетоксичных взвесей, масляных и нефтяных веществ не превышает предельно допустимой.

Производственные сточные воды, содержащие глинистый и цементный растворы, бензин, масла и т.п., должны быть подвергнуты тщательной очистке через грязеотстойники, бензомаслоуловители и биофильтры. В итоге, содержание вредных примесей в производственных сточных водах, удаляемых со стройплощадки, не должно превышать пределов, регламентируемых [3].

На рис. 1. представлена схема прогноза осадок земной поверхности при подземном строительстве методом «стена в грунте». Здесь показаны на какой период какие исследования должны быть произведены, какие должны быть для каждого периода произведены меры, т.е. расчетная модель, планировочные меры и т.д.

Для обеспечения устойчивости грунтового массива, зданий, сооружений и инженерных коммуникаций вблизи строящегося подземного сооружения принимают разнообразные конструктивно-технологические меры защиты, направленные на устранение причин развития сдвижений и деформаций и касающиеся, главным образом, технологии производства работ.

ПРОГНОЗ ОСАДОК ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ПОДЗЕМНОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ МЕТОДОМ «СТЕНА В ГРУНТЕ»

Рис. 1. Схема прогноза осадок земной поверхности при подземном строительстве методом «стена в грунте».

Одной из действенных мер инженерной защиты окружающей среды на всех этапах строительства подземного сооружения способом “стена в грунте” и в процессе его эксплуатации является мониторинг, включающий оценку и анализ напряженно-деформированного состояния конструкций “стены в грунте”, измерение сдвижений и деформаций породного массива, земной поверхности, зданий, сооружений и подземных коммуникаций, наблюдения за изменениями инженерно-геологических условий, за колебаниями уровня грунтовых вод и т.п. Наблюдения за процессом сдвижений и деформаций породного массива, земной поверхности, зданий, сооружений и инженерных коммуникаций вблизи подземного сооружения включают систематические измерения вертикальных и горизонтальных смещений, фиксацию всех видимых дефектов и повреждений элементов зданий, сооружений и инженерных коммуникаций, находящихся в зоне влияния строящегося подземного объекта. Измерения оседания поверхности земли, породного массива и зданий производят путем нивелирования соответственно поверхностных и глубинных реперов, заложенных рядом со “стеной в грунте”, как в пределах, так и за пределами призмы обрушения. Параллельно проводят систематические наблюдения за соответствием фактических инженерно-геологических условий проектным данным в части изменения мощности и состава напластований грунтов, их физико-механических свойств, колебаний уровня и режима грунтовых вод.

Мониторинг является основой выбора мероприятия инженерной защиты окружающей среды и подземного объекта в данном районе, так как позволяет быстро скорректировать технологические приемы и методы предотвращения нанесения необратимого ущерба городской среде и экологической системе в целом.

Таким образом, исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод, что способ строительства подземных сооружений «стена в грунте» является «грязным» и достаточно вредным для окружающей среды. Его применение должно быть максимально обдуманным и очень аккуратным. Если производить все этапы строительства в соответствии со всеми нормами и правилами, которые были рассмотрены, то вредное и отрицательное воздействие на окружающую среду будет минимальным. Поэтому строительство подземных сооружений способом «стена в грунте» в настоящее время всё чаще находит широкое применение в условиях городской застройки и в сложных гидрогеологических условиях.