Способ комплексной многоуровневой инженерной защиты осваиваемой территории от подтопления
Владельцы патента RU 2249072:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Проектно-изыскательский институт "Фундаментпроект" (RU)
Изобретение относится к гидротехническому и мелиоративному строительству и предназначено для инженерной подготовки застраиваемых территорий и их инженерной защиты от подтопления, преимущественно в районах распространения вечномерзлых грунтов. Способ включает создание общепланировочной насыпи на площади осваиваемой территории и организацию мероприятий по отводу поверхностных вод с упомянутой насыпи, планировку поверхности которой производят с уклонами, обеспечивающими сток к устройствам для приема и отвода поверхностных вод, и с прилегающих территорий и производимых во время и/или после создания насыпи мероприятий по отводу грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих территорий, и удалению грунтовых вод из тела насыпи. В качестве устройств для приема и отвода поверхностных вод на площади осваиваемой территории используют автомобильные дороги и систему внутриплощадных водоотводных канав, а за пределами этой площади – систему внеплощадных водоотводных канав, которые выполняют по периметру насыпи с откосами, укрепленными с ее стороны. На насыпи прокладывают автомобильные дороги с дорожным покрытием, поверхность которого заглубляют относительно поверхности насыпи, имеющей уклоны в сторону дорог, и выполняют с продольным и поперечным уклонами, обеспечивающими сток по дорогам поверхностных вод в систему внутриплощадных канав, по которым поверхностные воды отводят в систему внеплощадных канав. Сток поверхностных вод с поверхности участков насыпи, расположенных по ее периферии на удалении от дорог, и с естественной поверхности прилегающих к насыпи территорий направляют в систему внеплощадных канав путем придания названным поверхностям уклонов в сторону внеплощадных канав. По последним все поступающие в них воды отводят к очистным сооружениям или в естественные временные или постоянные водотоки. Для удаления грунтовых вод из тела насыпи в него укладывают дренажный слой с возможностью отвода последним собираемой воды в систему внеплощадных канав, которые также используют для отвода грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих к осваиваемой территорий. Изобретение обеспечивает упрощение и снижение трудоемкости проведения работ по созданию системы комплексной многоуровневой инженерной защиты осваиваемой территории от подтопления, в том числе и в условиях зоны многолетней мерзлоты, а также обеспечение в этих условиях стабильной эффективности работы создаваемой системы. 5 з. п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к области гидротехнического и мелиоративного строительства и предназначено для осушения, инженерной подготовки застраиваемых территорий и их инженерной защиты от подтопления, преимущественно в районах распространения вечномерзлых грунтов, а также может быть использовано для осушения любых земель, в том числе и сельскохозяйственных угодий в зоне многолетней мерзлоты.
Подтопление осваиваемых территорий - актуальная проблема для многих северных объектов хозяйственной деятельности. Суровые климатические условия многократно усложняют задачи, связанные с разработкой эффективных мероприятий по инженерной защите осваиваемых территорий. Водонасыщение грунтов негативно сказывается на их свойствах, что затрудняет производство строительных работ и эксплуатацию сооружений и приводит в конечном итоге к существенному повышению эксплуатационных расходов. Настоящее изобретение основано на концепции сохранения водного баланса территории и представляет собой комплексное решение проблемы подтопления путем создания многоуровневой системы инженерной защиты, преимущественно в районах распространения многолетнемерзлых пород, выполняющих функцию местного водоупора по отношению к грунтовым водам вышерасположенных водоносных слоев.
Из уровня техники известен способ тепловой мелиорации земель в зоне вечной мерзлоты, включающий протаивание вечномерзлых грунтов, причем для сельскохозяйственного использования земель в зоне вечной мерзлоты на пересеченной местности поперек склона отсыпают слой дренирующего материала, а выше по склону рядом с ним выполняют площадку, заглубленную ниже дневной поверхности на величину растительного слоя (авторское свидетельство СССР №1148936, МПК Е 02 В 11/00, опубликованное 07.04.85).
Также известен способ осушения земель в зоне многолетней мерзлоты, включающий отвод в открытые осушительные каналы поверхностных и грунтовых вод по мерзлотному водоупору, которому придают уклон в сторону осушительных каналов, причем для ускорения осушения обработку грунта производят путем сплошного фрезерования с одновременным перемешиванием и аэрацией раздробленного грунта (авторское свидетельство СССР №1467136, МПК Е 02 В 11/00, опубликованное 23.03.89).
Недостатки вышеприведенных способов осушения заключаются в больших объемах работ по выемке, перемещению и обработке грунта, а также в отсутствии мероприятий по отводу поверхностных и грунтовых вод, поступающих с прилегающих территорий.
Наиболее близким аналогом настоящего изобретения по технической сущности и по количеству сходных признаков является способ комплексной многоуровневой инженерной защиты осваиваемой территории от подтопления, включающий создание общепланировочной насыпи на площади осваиваемой территории и организацию мероприятий по отводу поверхностных вод с упомянутой насыпи, планировку поверхности которой производят с уклонами, обеспечивающими сток к устройствам для приема и отвода поверхностных вод, и с прилегающих территорий и производимых во время и/или после создания насыпи мероприятий по отводу грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих территорий, и удалению грунтовых вод из тела насыпи (авторское свидетельство СССР №1583535, МПК Е 02 В 11/00, опубликованное 07.08.90).
В условиях зоны многолетней мерзлоты недостатки этого известного способа заключаются в значительной сложности и трудоемкости проведения работ по прокладке закрытой дренажной сети с устройствами для приема и отвода поверхностных и грунтовых вод, поступающих с прилегающих территорий, а также в снижении в течение уже первых нескольких сезонов эффективности создаваемой этим способом системы дренирования в связи с кольматацией и образованием ледяных пробок, которые не успевают оттаивать в течение короткого летнего сезона.
Задачей настоящего изобретения является упрощение и снижение трудоемкости проведения работ по созданию системы комплексной многоуровневой инженерной защиты осваиваемой территории от подтопления, в том числе и в условиях зоны многолетней мерзлоты, а также обеспечение в этих условиях стабильной эффективности работы создаваемой системы.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе комплексной многоуровневой инженерной защиты осваиваемой территории от подтопления, включающем создание общепланировочной насыпи на площади осваиваемой территории и организацию мероприятий по отводу поверхностных вод с упомянутой насыпи, планировку поверхности которой производят с уклонами, обеспечивающими сток к устройствам для приема и отвода поверхностных вод, и с прилегающих территорий и производимых во время и/или после создания насыпи мероприятий по отводу грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих территорий, и удалению грунтовых вод из тела насыпи, согласно изобретению в качестве устройств для приема и отвода поверхностных вод на площади осваиваемой территории используют автомобильные дороги и систему внутриплощадных водоотводных канав, а за пределами площади осваиваемой территории - систему внеплощадных водоотводных канав, которые выполняют по периметру общепланировочной насыпи с откосами, укрепленными со стороны насыпи, при этом на общепланировочной насыпи прокладывают автомобильные дороги с дорожным покрытием, поверхность которого заглубляют относительно поверхности насыпи, имеющей уклоны в сторону автомобильных дорог, и выполняют с продольным и поперечным уклонами, обеспечивающими сток по автомобильным дорогам поверхностных вод в систему внутриплощадных водоотводных канав, по которым поверхностные воды отводят в систему внеплощадных водоотводных канав, причем сток поверхностных вод с поверхности участков насыпи, расположенных по ее периферии на удалении от автомобильных дорог, и с естественной поверхности прилегающих к насыпи территорий направляют в систему внеплощадных водоотводных канав путем придания названным поверхностям уклонов в сторону внеплощадных водоотводных канав, а по последним все поступающие в них воды отводят к очистным сооружениям или в естественные временные или постоянные водотоки, кроме того, для удаления грунтовых вод из тела насыпи в него укладывают дренажный слой с возможностью отвода последним собираемой воды в систему внеплощадных водоотводных канав, которые также используют для отвода грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих к осваиваемой территорий.
В частных случаях реализации предлагаемого способа комплексной многоуровневой инженерной защиты осваиваемой территории от подтопления:
- дренажный слой выполняют с использованием материалов, являющихся армирующими для слоя насыпных грунтов, из которых создают общепланировочную насыпь;
- в верхнем слое общепланировочной насыпи выполняют дренажные воронки, которые от поверхности насыпи доводят до дренажного слоя и заполняют крупнообломочным материалом;
- при расположении осваиваемой территории в зоне распространения вечномерзлых подстилающих пород под дренажный слой закладывают теплоизоляционный экран;
- перед общепланировочной насыпью, вдоль ее периметра или отдельных участков последнего создают противофильтрационную завесу на пути движения грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих территорий;
- в северных регионах в качестве противофильтрационной завесы используют ледогрунтовую завесу, которую создают с помощью вертикальных охлаждающих установок и поверхностных теплоизоляционных экранов.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана создаваемая предлагаемым способом система комплексной многоуровневой инженерной защиты осваиваемой территории от подтопления, план; на фиг.2 - то же, разрез А-А на фиг.1.
Способ комплексной многоуровневой инженерной защиты осваиваемой территории от подтопления осуществляют следующим образом.
На площади осваиваемой территории создают общепланировочную насыпь 1 и организуют мероприятия по отводу поверхностных вод с насыпи 1, планировку поверхности которой производят с уклонами, обеспечивающими сток к устройствам для приема и отвода поверхностных вод, и с прилегающих территорий 2 и производимые во время и/или после создания насыпи 1 мероприятия по отводу грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих территорий 2, и удалению грунтовых вод из тела насыпи 1. В качестве устройств для приема и отвода поверхностных вод на площади осваиваемой территории используют автомобильные дороги 3 и систему внутриплощадных водоотводных канав 4, а за пределами площади осваиваемой территории - систему внеплощадных водоотводных канав 5, которые выполняют по периметру общепланировочной насыпи 1 с откосами, укрепленными со стороны насыпи 1. При этом на общепланировочной насыпи 1 прокладывают автомобильные дороги 3 с дорожным покрытием, поверхность которого заглубляют относительно поверхности насыпи 1, имеющей уклоны в сторону автомобильных дорог 3, и выполняют с продольным и поперечным уклонами, обеспечивающими сток по автомобильным дорогам 3 поверхностных вод в систему внутриплощадных водоотводных канав 4, по которым поверхностные воды отводят в систему внеплощадных водоотводных канав 5. Сток поверхностных вод с поверхности участков 6 насыпи 1, расположенных по ее периферии на удалении от автомобильных дорог 3, и с естественной поверхности прилегающих к насыпи 1 территорий 2 направляют в систему внеплощадных водоотводных канав 5 путем придания названным поверхностям уклонов в сторону внеплощадных водоотводных канав 5. По последним все поступающие в них воды отводят к очистным сооружениям или в естественные временные или постоянные водотоки (на чертежах не показаны). Для удаления грунтовых вод из тела насыпи 1 в него укладывают дренажный слой 7 с возможностью отвода последним собираемой воды в систему внеплощадных водоотводных канав 5, которые также используют для отвода грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих к осваиваемой территорий 2. Для отвода дренажным слоем 7 собираемой воды в систему внеплощадных водоотводных канав 5 его выполняют с уклонами в сторону последних и с выходами концевых частей дренажного слоя 7 над креплением откоса соответствующей внеплощадной водоотводной канавы 5 со стороны насыпи 1.
Дренажный слой 7 может быть выполнен с использованием материалов, являющихся армирующими для слоя насыпных грунтов, из которых создают общепланировочную насыпь 1. В качестве таких армирующих насыпной грунт материалов могут быть применены материалы типа экструдированных геосеток.
В верхнем слое общепланировочной насыпи 1 могут быть выполнены дренажные воронки 8, которые от поверхности насыпи доводят до дренажного слоя 7 и заполняют крупнообломочным материалом.
При расположении осваиваемой территории в зоне распространения вечномерзлых подстилающих пород 9 под дренажный слой 5 закладывают теплоизоляционный экран 10.
Перед общепланировочной насыпью 1, вдоль ее периметра или отдельных участков последнего создают противофильтрационную завесу 11 на пути движения грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих территорий 2.
В северных регионах в качестве противофильтрационной завесы 11 используют ледогрунтовую завесу, которую создают с помощью вертикальных охлаждающих установок 12 и поверхностных теплоизоляционных экранов 13.
Кроме того, на чертежах дополнительно обозначены:
14 - подошва слоя сезонного промерзания - оттаивания;
15 - кровля толщи вечномерзлых пород 9.
В результате осуществления вышеописанного способа на этапе эксплуатации объектов, расположенных на осваиваемой территории, после завершения строительных работ отвод поверхностных вод будет организован системой защиты территории от подтопления, имеющей четыре уровня (см. фиг.1 и 2). На первом уровне происходит концентрация поверхностного стока в пределах большей части территории, не имеющей твердого покрытия. При этом часть влаги, просочившаяся в насыпные грунты, отводится за пределы насыпи 1 по дренажному слою 7. Уклон поверхности насыпи 1 задается таким образом, чтобы сток осуществлялся на проезжую часть автомобильных дорог 3, которые образуют водосбор второго уровня, т.к. отметки поверхности автомобильных дорог 3 несколько ниже отметок поверхности прилегающей части насыпи 1. Движение воды по автомобильным дорогам 3 обеспечивается их уклонами в продольном и поперечном направлениях, а разгрузка воды с поверхности автомобильных дорог 3 осуществляется в систему внутриплощадных водоотводных канав 4, которые образуют третий уровень водосбора. С помощью внутриплощадных водоотводных канав 4 вода отводится за пределы насыпи 1 в систему внеплощадных водоотводных канав 5, расположенных по периметру насыпи 1 и образующих четвертый уровень водосбора. Помимо прочего, внеплощадные водоотводные канавы 5 принимают поверхностные воды, скапливающиеся на прилегающей территории 2 у откосов насыпи 1. Сброс вод из внеплощадных водоотводных канав 5 осуществляется в направлении естественных дрен (полосы стока, временные и малые водотоки). Таким образом, сохраняется водный баланс района.
Укрепление русел внутриплощадных и внеплощадных водоотводных канав 4 и 5 осуществляется с помощью такого материала, как объемные георешетки. Применение этого материала позволяет создавать канавы 4 и 5 различного по форме поперечного профиля с переменными его размерами по длине канавы 4 или 5, что достаточно сложно выполнить при использовании жестких конструктивных элементов. В случае деформирования русел таких внутриплощадных и внеплощадных водоотводных канав 4 и 5 практически не нарушается их функционирование и не происходит эрозионного размыва насыпных грунтов вдоль бортов водоотводных канав 4 и 5. Использование нежестких материалов для устройства внеплощадных водоотводных канав 5 позволяет минимизировать воздействие на естественные грунты при проведении работ по прокладке русел канав 5.
В тех случаях, когда существует опасность застаивания поверхностных вод в пределах насыпи 1, в насыпных грунтах до глубины залегания дренажного слоя 7 устраиваются дренажные воронки 8, заполняемые крупнообломочным материалом.
Поступление извне в пределы насыпи 1 надмерзлотных вод предотвращается созданием вдоль насыпи 1, где это необходимо, противофильтрационных ледогрунтовых завес 11. Ледогрунтовые завесы 11 создаются на пути фильтрации грунтовых вод путем замораживания грунтов с использованием специальных охлаждающих установок 12 - вертикальных парожидкостных стабилизаторов пластичномерзлых грунтов сезонного и круглогодичного действия.
Данное изобретение обеспечивает:
- возможность организации эффективной водоотводной системы и ее функционирования уже на ранних стадиях строительства;
- осуществление в течение всего периода эксплуатации комплексной защиты насыпного слоя от водонасыщения водами, поступающими как с поверхности самой насыпи, так и поверхностными и грунтовыми водами, поступающими с прилегающих территорий;
- сохранение естественного водного баланса района и нормальной экологической обстановки.
1. Способ комплексной многоуровневой инженерной защиты осваиваемой территории от подтопления, включающий создание общепланировочной насыпи на площади осваиваемой территории и организацию мероприятий по отводу поверхностных вод с упомянутой насыпи, планировку поверхности которой производят с уклонами, обеспечивающими сток к устройствам для приема и отвода поверхностных вод, и с прилегающих территорий и производимых во время и/или после создания насыпи мероприятий по отводу грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих территорий, и удалению грунтовых вод из тела насыпи, отличающийся тем, что в качестве устройств для приема и отвода поверхностных вод на площади осваиваемой территории используют автомобильные дороги и систему внутриплощадных водоотводных канав, а за пределами площади осваиваемой территории - систему внеплощадных водоотводных канав, которые выполняют по периметру общепланировочной насыпи с откосами, укрепленными со стороны насыпи, при этом на общепланировочной насыпи прокладывают автомобильные дороги с дорожным покрытием, поверхность которого заглубляют относительно поверхности насыпи, имеющей уклоны в сторону автомобильных дорог, и выполняют с продольным и поперечным уклонами, обеспечивающими сток по автомобильным дорогам поверхностных вод в систему внутриплощадных водоотводных канав, по которым поверхностные воды отводят в систему внеплощадных водоотводных канав, причем сток поверхностных вод с поверхности участков насыпи, расположенных по ее периферии на удалении от автомобильных дорог, и с естественной поверхности прилегающих к насыпи территорий направляют в систему внеплощадных водоотводных канав путем придания названным поверхностям уклонов в сторону внеплощадных водоотводных канав, а по последним все поступающие в них воды отводят к очистным сооружениям или в естественные временные или постоянные водотоки, кроме того, для удаления грунтовых вод из тела насыпи в него укладывают дренажный слой с возможностью отвода последним собираемой воды в систему внеплощадных водоотводных канав, которые также используют для отвода грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих к осваиваемой территорий.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дренажный слой выполняют с использованием материалов, являющихся армирующими для слоя насыпных грунтов, из которых создают общепланировочную насыпь.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в верхнем слое общепланировочной насыпи выполняют дренажные воронки, которые от поверхности насыпи доводят до дренажного слоя и заполняют крупнообломочным материалом.
4. Способ по п. 1, или 2, или 3, отличающийся тем, что при расположении осваиваемой территории в зоне распространения вечномерзлых подстилающих пород под дренажный слой закладывают теплоизоляционный экран.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед общепланировочной насыпью, вдоль ее периметра или отдельных участков последнего создают противофильтрационную завесу на пути движения грунтовых вод, поступающих со стороны прилегающих территорий.
6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что в северных регионах в качестве противофильтрационной завесы используют ледогрунтовую завесу, которую создают с помощью вертикальных охлаждающих установок и поверхностных теплоизоляционных экранов.
