Гидрогеологические исследования

Не менее двух третей биосферы планеты составляет вода, а в целом вода на Земле занимает объём свыше полутора миллиардов кубических километров. То есть с водой как с основным природным богатством и в то же время стихией внушительной силы следует считаться, поскольку она пронизывает практически все пласты грунта, составляя таким образом грунтовые воды немалой мощности. Изучением и освоением водных ресурсов занимается гидрогеология, цель которой сохранить это природное вещество и использовать все полезные качества, свести на нет её разрушительные свойства. Изучение и систематизация всех характеристик воды, поиск и учёт новых месторождений пресной воды, помощь при инженерном строительстве и организация грамотной мелиорации — вот основные задачи, стоящие перед гидрогеологией как перед наукой.

Вода несёт жизнь, но ей по силам и разрушительная деятельность, даже самые твёрдые породы не в состоянии устоять перед непрерывным напором воды. Что уж говорить об искусственных сооружениях, возводимых человеком – при неправильной оценке воздействия на ту или иную наземную конструкцию (фундамент или подземное сооружение) можно ожидать негативного воздействия со стороны грунтовых и поверхностных вод.

Всё это говорит о том, что необходимо проводить инженерно-геологические изыскания. Гидрогеологические исследования в составе инженерно-геологических изысканий выполняются для выявления взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой, определения залегания подземных вод, их свойств и состояния, прогноза процесса подтопления, изучения влияния подземных вод на интенсивность развития геологических и инженерно-геологических процессов (карст, суффозия, оползни, пучение и др.), изменения свойств грунтов под воздействием подземных вод.

На этапе проектирования необходимо изучить гидрогеологические условия на площадке строительства. Влияние подземных вод может быть настолько значимым, что изменит в корне проект здания или сооружения. Недооценка или неверный прогноз такого воздействия могут привести к плачевным результатам: затоплению подземной части здания, разрушению части фундамента и потере здания целиком, в связи с невозможностью его эксплуатации. Методы определения гидрогеологических параметров грунтов и водоносных горизонтов устанавливаются, исходя из условий их применимости, с учетом стадии разработки документации, характера и уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений, а также сложности гидрогеологических условий.
Необходимо определять агрессивность подземных вод для выбора материалов, используемых при строительстве (бетона, арматуры, трубопроводов и газопроводов). Из-за своего химического состава вода может больше или меньше влиять на разрушение тех или иных типов материалов. Правильные решения при выборе материалов обеспечивают долговечность сооружения.

Опытно-фильтрационные работы на площадке строительства выполняются с целью получения гидрогеологических параметров и характеристик для расчета дренажей, водопонизительных систем, противофильтрационных завес, водопритока в строительные котлованы, коллекторы, тоннели, фильтрационных утечек из водохранилищ и накопителей, а также для составления прогноза изменения гидрогеологических условий. При обнаружении горизонтов подземных вод скважинным методом производятся опытные откачки для выяснения направления движения подземных вод и изменениями их уровня в точках наблюдения в различные или определённые промежутки времени.

Параллельно изучению подземных вод возникает необходимость защиты от них, и в этом случае основную роль играют дренажные системы. Особенно они важны при планировании и организации строительных работ, когда результаты предшествующей им гидрогеологической разведки территории указывают на необходимость применения дренажа. Основной задачей дренажной системы является непрерывное понижение уровня подземных вод до приемлемого показателя для предотвращения негативного воздействия влаги на подземные части сооружений, в частности, фундаменты. Во избежание подтопления строений уровень подземных вод должен быть ниже основания постройки не менее чем на полметра, оптимальной же величиной будет 1 метр. Однако для крупных построек глубина подземных вод от основания строения должна быть не менее 3-4 метров для более высокого уровня защиты от разрушительного воздействия влаги. Исходя из масштабов строительства и показаний разведки, собственно, и производятся гидрогеологические расчёты наиболее оптимального расположения дренажных систем относительно поземных вод.

При проектировании особо сложных объектов выполняется моделирование, специальные гидрогеологические работы и исследования. Опытно-эксплуатационные откачки выполняются для установления закономерностей изменения уровня и химического состава подземных вод в сложных гидрогеологических условиях. Опытно-производственные водопонижения - для обоснования разработки проекта водопонижения (постоянного или временного). Возводятся сооружения и проводятся испытания опытного участка дренажа. Также изучаются процессы соле- и влагопереноса в зоне аэрации, сезонного промерзания и пучения грунтов, водный и солевой баланс подземных вод. Среди опасных геологических процессов встречаются карст, оползни, обвалы, солифлюкция, сели, каменные глетчеры, геодинамические и криогенные процессы, переработка берегов рек, озер, морей и водохранилищ, выветривание пород. Чтобы изучить динамику развития опасных геологических процессов ведутся стационарные наблюдения. стационарные наблюдения выполняются для прогноза подтопления, контроля за деформацией подработанных территорий, осадкой и просадкой территории, в том числе вследствие сейсмической активности, определения состояния и свойств грунтов, уровненного, температурного и гидрохимического режимов подземных вод, глубин сезонного промерзания и протаивания грунтов, изучения осадки, набухания и других изменений состояния грунтов основания фундаментов зданий и сооружений, слежения за состоянием сооружений инженерной защиты.
Стационарные наблюдения проводятся в сложных инженерно-геологических условиях для ответственных сооружений, начиная их при изысканиях для предпроектной документации или проекта и продолжая при последующих изысканиях. Если возможно развитие опасных геологических и инженерно-геологических процессов, наблюдения продолжают в процессе строительства и эксплуатации объектов (локальный мониторинг компонентов геологической среды).

При стационарных наблюдениях обеспечивается получение количественных характеристик изменения отдельных компонентов геологической среды во времени и в пространстве, которые должны быть достаточными для оценки и прогноза возможных изменений инженерно-геологических условий исследуемой территории, выбора проектных решений и обоснования защитных мероприятий и сооружений.

Стационарные наблюдения проводятся на специально оборудованных пунктах наблюдательной сети, часть из которых рекомендуется использовать для наблюдений после завершения строительства объекта.

В качестве наиболее эффективных средств проведения стационарных наблюдений используются режимные геофизические исследования - измерения, осуществляемые периодически в одних и тех же точках или по одним и тем же профилям, измерения с закрепленными датчиками и приемниками, а также режимные наблюдения на специально оборудованных гидрогеологических скважинах.

Состав наблюдений (виды, размещение пунктов наблюдательной сети), объемы работ (количество пунктов, периодичность и продолжительность наблюдений), методы проведения стационарных наблюдений (визуальные и инструментальные), точность измерений следует обосновываются в программе изысканий в зависимости от природных и техногенных условий, размера исследуемой территории, уровней ответственности зданий и сооружений и этапа (стадии) проектирования.

При наличии наблюдательной сети, созданной на предшествующих этапах изысканий, используется она же и при необходимости осуществляется её развитие, уточняется частота наблюдений, точность измерений и другие параметры в соответствии с результатами измерений, полученными в процессе функционирования сети.

Продолжительность наблюдений выбирается не менее одного гидрологического года или сезона проявления процесса, а частота наблюдений обеспечивается регистрацией экстремальных (максимальных и минимальных) значений изменения компонентов геологической среды за период наблюдений.

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ И ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ ПРИ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЯХ