Моделирование гидрогеологических условий для обоснования противооползневых мероприятий на участке набережной реки Камы в городе Перми

Abstract

Актуальность темы обусловлена необходимостью усовершенствования подходов к прогнозу и защите территорий от подтопления и сопутствующих процессов. Городское строительство, плотность застройки, подземные коммуникации, изменение естественного рельефа кардинально меняет естественную геологическую среду в границах осваиваемой территории. Под воздействием ряда факторов (застройки территорий, уплотнения горных пород под нагрузкой инженерно-строительных сооружений) формируются новые горизонты техногенной верховодки. Целью исследования является изучение геологических, гидрогеологических и гидродинамических условий для долгосрочного прогноза их изменения при строительстве дополнительных подпорных стенок вдоль набережной реки Камы и краткосрочных - на период половодья. Методика исследования. Исходными данными для изучения являются полевые материалы ОАО «Сибгипротранспуть», полученные в 2013-2014 гг. при непосредственном участии Д.В. Пургиной в изучении инженерно-геологических и гидрогеологических условий на всех этапах изысканий. В процессе работы пробурено 66 скважин (из них четыре горизонтальные и две наклонные), пройдено 20 шурфов, отобрано более 600 проб. При полевых исследованиях грунтов применялось статическое и динамическое зондирование, испытание грунтов методом вращательного среза и штампами (статическими нагрузками). Для получения достоверных оценок фильтрационных параметров проведены две кустовые и пять одиночных опытных откачек. Выполнена гидрогеологическая съемка участка, при этом описано более 50 точек наблюдения. В лабораторных условиях определен полный комплекс физико-механических свойств грунтов. Для грунтов, расположенных выше уровня грунтовых вод, определен коэффициент фильтрации при стандартном уплотнении. Основным методом оценки влияния новых подпорных стенок или изменения условий питания подземных вод являлось численное моделирование с использованием решающего модуля, реализующего алгоритм решения дифференциального уравнения нестандартной плановой фильтрации по методу конечных разностей [1]. В качестве препроцессоров применялись программные комплексы Surfer и AutoCad. Результаты. Детально изучены гидрогеологические и гидродинамические условия участка изысканий. Создана гидродинамическая численная модель. Составлен прогноз изменения уровня подземных вод при подъеме уровня поверхностных вод в период половодья. Построена карта прогнозного подтопления участка. Изучен подпор подземных вод в существующей стенке. Дана оценка возможности возникновения барражного эффекта при строительстве новых подпорных стенок. Разработаны рекомендации по оптимальному заглублению свайных ростверков на данной территории.

The topic is relevant due to the necessity of forecast ways improvement and protection of the territories against flooding and the accompanying processes. Civil construction, urban density, underground utility system, change of a natural relief cardinally changes the natural geological environment within the developed territory. New layers of industrial temporary waters are developed under several factors (building development, rocks contraction under the stress of construction engineering facilities). The objective of the present research is to study geological, hydrogeological and hydrodynamic conditions for a long-term change forecast for construction of additional retaining walls along the Kama river embankment and short-term change forecast - for high water. Research technique. Basic data for the research are the field materials of JSC Sibgiprotransput received in 2013-2014 with the direct involvement of Darya V. Purgina in engineering-geological and hydrogeological conditions studying at all stages of the research. In the course of the work 66 wells are drilled (including four horizontal and two inclined wells), 20 holes are trenched, more than 600 samples are selected. Static and dynamic penetration test, rotational shear soils testing, static plate load test were used in field soil investigation. Two cluster and five single pumping tests were carried out for reliable estimation of filtration characteristics. The hydrogeological survey was completed, more than 50 observation points were described. The full complex of rock mechanics is carried out in laboratory setting. For the soils, lying above the groundwater level, the filtration coefficient is defined by standard consolidation. The main method of an assessment of influence of new retaining walls or changes of conditions of groundwater recharge was a numerical modeling with the use of the decisive module realizing the algorithm of the solution of the differential equation of a non-standard planned filtration according to the method of final differences [1]. As preprocessors the Surfer and AutoCad software systems were applied. The results. Hydrogeological and hydrodynamic conditions of a research site are studied in detail, the hydrodynamic numerical model is created, the forecast of underground water levels change at surface water level rise at high-water season is made, predictive map of flooding area is built, groundwater backwater in the existing wall is investigated, the possibility of a barrage effect in the construction of new retaining walls is assessed, recommendations for optimal penetration of the pile grillage on the area are given.