Инженерная защита площадок обустройства от подтопления (на примере Заполярного ГНКМ)  

Минигулов Р.М., Минкин М. А.*, Кутвицкая Н. Б.*, Рязанов А. В.*
ООО Ямбурггаздобыча»;
* ФГУП «Фундаментпроект», 125993, г. Москва, Волоколамское ш., д.1, стр. 1. (fund@fundamnt.ru , тел.: (495) 787-78-38, факс: (495) 158-30-78)

Аннотация: Первые годы эксплуатации объектов обустройства в районах распространения вечномерзлых грунтов являются критическими, так как происходит интенсивное техногенное преобразование естественных ландшафтов, сопровождающееся изменением инженерно-геокриологических условий. Как показывает статистика, именно на это время приходится первый пик развития нештатных ситуаций. Решение проблемы за счет повышения надежности самих фундаментов значительно усложняет и удорожает их. Применение мероприятий инженерной защиты площадок от опасных процессов позволяет в целом сохранить и улучшить ситуацию, обеспечивая долговременное безаварийное содержание сооружений. На стадии проектирования за счет этого становится возможным применение более дешевых фундаментов и основания, что обеспечивает существенный экономический эффект.

Площадная застройка при обустройстве северных месторождений нефти и газа, как правило, начинается с возведения общепланировочных насыпей, которые помимо выравнивания поверхности застраиваемой территории выполняют функцию первичной защиты вечномерзлых грунтов в основании. Размеры общепланировочных насыпей в плане могут достигать от нескольких сот метров до нескольких километров при высоте до нескольких метров.

В числе особенностей рельефа северных районов Западной Сибири – небольшие уклоны поверхности, что обуславливает повышенную природную заболоченность территорий. Поэтому, при планировании расположения объектов месторождений бывает достаточно сложно выбрать относительно

2

ровный и незаболоченный участок. На практике возведение общепланировочных насыпей сопровождается нарушением гидрологического режима местности, перекрытием малых и сезонных водотоков, полос стока, путей движения грунтовых вод. Все это способствует интенсивному техногенному заболачиванию прилегающей территории, приводит к водонасыщению грунтов насыпи и активизации на застраиваемой территории таких процессов, как эрозия, термоэрозия и криогенное пучение. Помимо этого, в связи с изменением влажности и плотности насыпных грунтов и, соответственно, их теплофизических параметров, меняется характер и интенсивность теплового влияния насыпного слоя на грунты в основании. Недооценка или неправильный учет этих факторов ведет к снижению надежности сооружений, сокращению срока их безаварийной эксплуатации, увеличению расходов на восстановительные и ремонтные работы.

Реализация мероприятий инженерной защиты застраиваемых территорий позволяет сохранить или улучшить их общее состояние, существенно снизить риск проявления опасных процессов. В ряде случаев применение специальных мероприятий инженерной защиты позволяет применять более экономичные виды фундаментов и оснований сооружений.

Ранний опыт эксплуатации северных месторождений (Медвежье, Уренгойское и др.) показал, что уже в первые годы эксплуатации затруднялось функционирование некоторых объектов в связи с растеплением вечномерзлых грунтов вплоть до их оттаивания и развития осадки или новообразованием мерзлоты, сопровождающимся криогенным пучением на участках талых грунтов. Некоторые из этих случаев привели к приостановке технологических процессов переработки добываемого газа, увеличению незапланированных расходов на реконструкцию сооружений. Исследование нештатных ситуаций показывает, что в большинстве случаев, не связанных со случаями явных ошибок проектировщиков, причин их возникновения можно было бы избежать, стабилизировав пределах застройки проектное

состояние грунтов (тепловое, прочностное, а также гидрологическую ситуацию) с помощью мероприятий инженерной защиты.

Эффективность мероприятий инженерной защиты зависит от многих факторов, включая простоту, надежность и экономичность технических решений, а также правильное их применение. Принимая во внимание сложность и разнообразие встречающихся ситуаций, обусловленных различной структурой инженерных объектов, особенностями инженерно-геокриологических и гидрологических условий района, актуальным становится разработка унифицированного в общих чертах подхода к инженерной защите площадных объектов от опасных процессов.

В качестве такого подхода предлагается разработанная концепция многоуровневой инженерной защиты площадок от опасных процессов. Суть концепции заключается в обеспечении проектных свойств грунтов насыпи и улучшении свойств грунтов ее основания путем осуществления следующих мероприятий.  На первом уровне защита предполагает отвод дождевых и талых вод с поверхности насыпи с помощью внутриплощадочной водоотводной системы во внеплощадочные водоотводные канавы, располагающиеся вдоль откосов насыпи. На втором уровне осуществляется отвод грунтовых вод из тела насыпи и осушение насыпных грунтов посредством устройства дренажных слоев. Отвод грунтовых вод также осуществляется во внеплощадочные водоотводные канавы. На третьем уровне происходит отвод поверхностных вод с прилегающей к насыпи территории по внеплощадочным канавам и сброс их в сторону естественных понижений рельефа. На следующем уровне, в случае необходимости, происходит защита от подтопления грунтовыми водами, для чего устраиваются противофильтрационные льдогрунтовые завесы.

Практическое применение многоуровневой инженерной защиты было осуществлено на нескольких объектах Заполярного ГНКМ, в частности на площадке УКПГ-1с.

4

В первые 1-2 года функционирования УКПГ-1с службами эксплуатации Заполярного ГНКМ, несмотря на удовлетворительное состояния инженерных сооружений и их грунтовых оснований, были выявлены признаки ухудшения состояния эксплуатируемой территории. Отмечалось заболачивание тундровой территории вокруг площадки, водонасыщение грунтов насыпи, деформация и разрушение ее откосов (фото 1), активизация эрозионных размывов поверхности насыпи талыми и дождевыми водами. Как показало обследование территории площадки УКПГ-1с, проведенное в 2003 г в ходе выполнения работ по научно-техническому сопровождению объектов строительства сотрудниками ФГУП «Фундаментпроект», в результате создания общепланировочной насыпи был нарушен естественный сток поверхностных и грунтовых вод территории. Даже в аномально засушливый и теплый период (июль-август 2003 г) уровень грунтовых вод находился на глубине 0,2-0,5 м от поверхности насыпи (фото 2).   

Фото 1. Подтапливание прилегающей к площадке территории поверхностными водами, деформация откосов насыпи. 

Фото 2. Шурф в теле насыпи.

В сложившихся обстоятельствах, с целью недопущения дальнейшего ухудшения состояния территории, было решено провести мероприятия инженерной защиты территории. Институту «Фундаментпроект» было поручено разработать проект системы инженерной защиты площадки,

который был реализован строительными организациями ООО «Ямбурггаздобыча» в 2005 г.

Мероприятиями была предусмотрена защита откосов насыпи путем ее армирования георешетками. Вдоль откосов насыпи для отвода поверхностных вод с прилегающей территории были выполнены внеплощадочные водоотводные канавы с применением георешеток (фото 3). По внеплощадочным водоотводным канавам воды отводятся вдоль контура насыпи в сторону пониженных участков рельефа в направление естественных водотоков.

Талые и дождевые воды с поверхности насыпи отводятся с помощью внутриплощадочной водоотводной системы изготовленной из металлических полутруб (фото 4). Для защиты полутруб от всплытия и пучения, в целях осушения грунтов насыпи вокруг полутруб, под ними предусмотрены полосы водостоков из дренажных матов. По дренажному слою грунтовые воды отводятся вдоль внутриплощадочных водоотводных канав за пределы насыпи.

Фото 3. Внеплощадочная водоотводная канава с применением георешеток.

Фото 4. Внутриплощадочная водоотводная канава из металлических полутруб.

Фото 5. Активизация процесса оврагообразования на участке концентрированного сброса воды на грунтовую поверхность.

Фото 6. Обустройство полос стока с укладкой гидроизолированного дренажного мата.

Реализация всех перечисленных выше мероприятий инженерной защиты площадки УКПГ-1с в короткие сроки позволила существенно улучшить общую ситуацию. Отсутствие в течение первых четырех лет эксплуатации объектов УКПГ-1с каких-либо серьезных нештатных ситуаций подтверждает общее удовлетворительное состояние объекта, что выгодно отличает Заполярное ГМКН от других объектов, где мероприятиям инженерной защиты уделено меньше внимания.

В настоящее время положительный опыт, приобретенный на УКПГ-1с, получил дальнейшее распространение. Так, с учетом некоторых конструктивных доработок и применения новых современных строительных