Инженерная защита площадок обустройства газовых месторождений от подтопления и опасных мерзлотных процессов

Кутвицкая Е.Б., Минкин М.А., Рязанов А.В.

ФГУП «Фундаментпроект», 125993, г. Москва, Волоколамское ш., д.1, стр. 1

 

При осуществлении площадной застройки в процессе обустройства северных месторождений нефти и газа (промбазы, вахтовые жилые поселки, установки комплексной переработки газа, кустовые площадки и др.)  одно из распространенных явлений – нарушение природных ландшафтов, что приводит к развитию неблагоприятных экзогенных процессов.

Одним из основных мероприятий, позволяющих уменьшить техногенное влияние на вечномерзлые грунты, считается устройство общепланировочных насыпей. Однако, возведение насыпей в свою очередь существенным образом изменяет гидрологический режим территории, способствуя ее подтоплению. Заболачивание приводит к водонасыщению общепланировочных насыпей, изменению теплофизических характеристик насыпного слоя и активизации опасных мерзлотных процессов.

Как правило, для создания насыпей в условиях Севера используют в качестве насыпного материала местные грунты – в лучшем случае пески мелкие и пылеватые, со значительным содержанием глинистых частиц. Такие насыпи наиболее часто подвержены процессам морозного пучения, просадкам, эрозии и термоэрозии.

Борьба с проявлением этих процессов в отдельности весьма затратна и трудоемка. Поэтому целесообразным является подход, основанный на общеплощадном эффекте. В связи с этой проблемой в ФГУП «Фундаментпроект» разработана комплексная система защиты общепланировочных насыпей от подтопления, включающая отвод поверхностных вод с насыпи и поступающих с прилегающих территорий, а также вод из грунтов насыпного слоя.

Одним из первых вопросов, который при этом решается, является разработка проекта самой насыпи с учетом плотности застройки, расположения сооружений, снегозаносимости, изменения ее влажностного режима, что позволяет выбрать оптимальные параметры насыпи (конфигурацию, размеры в плане, высоту, конструкцию насыпного слоя) исходя из характера ее влияния на инженерно-геокриологические условия территории.

Одновременно с этим решается задача, связанная с организацией отвода вод с поверхности насыпи – планировка ее поверхности и устройство внутриплощадочных водоотводных канав (рис. 1). Планировка поверхности насыпи организуется таким образом, чтобы поверхностные воды кратчайшим путем направлялись в сторону внутриплощадочных автодорог и водоотводных канав, по которым они сбрасываются за пределы площадки.

 

Рис. 1. Конструкция внутриплощадочной водоотводной канавы.

 

 

С прилегающей территории воды отводятся с помощью внеплощадочных водоотводных канав, расположенных по контуру насыпи (рис. 2).

Рис. 2. Конструкция внеплощадочной водоотводной канавы.

 

Водоотводные канавы устраиваются из универсальных гибких бетонных матов, пространственной георешетки с заполнением ячеек бетоном и щебнем или традиционно используемых перфорированных металлических полутруб.

Для случая, когда насыпной грунт характеризуется слабой водоотдачей, что обычно становится причиной его постоянного нахождения в водонасыщенном состоянии, разработан способ площадного осушения насыпи с помощью устройства в ней дренажного слоя. Дренажный слой может укладываться как в пределах всей насыпи, так и на локальных участках, например, под внутриплощадочными автодорогами. При этом, в некоторых случаях, под дренажным слоем укладывается теплозащитный экран, что позволяет весной ускорить оттаивание и включение в работу дренажного слоя (рис. 3). Кроме того, устройство в насыпях теплозащитного экрана позволяет существенно уменьшить высоту общепланировочной насыпи. Целесообразность укладки в тело насыпи теплозащитного экрана и дренажного слоя определяется на основе специальных расчетов. Одновременно с этим решается вопрос их толщины и глубины заложения.  

Для защиты откосов насыпей от эрозии были разработан и внедрен новый материал – биомат. Биомат представляет собой рулонный биоразлагаемый материал, содержащий в себе смесь специально подобранных семян и удобрений, а также микробиологические добавки для ускорения процесса почвообразования. Биоматы укладываются на защищаемую поверхность, армируя ее и не позволяя развиваться эрозии в первые 1-2 года (в течение которых происходит усваивание почвой биоразлагаемой основы), до восстановления устойчивого растительного покрова. Биоматы используются вместо традиционно применяемого гидропосева (фото 1). В отличие от гидропосева использование биоматов позволяет создать качественный растительный покров уже в первый год, тогда как при обычном посеве или гидропосеве, особенно на наклонных поверхностях, происходит смыв семян. В результате для создания сплошного растительного слоя и воссоздания почвенного слоя в последних случаях требуется ежегодный досев в течение нескольких (3-5) лет.

Рис. 3. Конструкция общепланировочной насыпи.

 

 

Фото 1. Защита откосов насыпи биоматами.

Немаловажным моментом на стадии проектирования общепланировочных насыпей является определение ее размера в плане, контура, а также сопряжения с другими земляными сооружениями, например, автодорогами. Упущения в данных вопросах приводят к заболачиванию или формированию техногенных озер (фото 2), а также повышенному снегонакоплению у откосов насыпи. Эти факторы негативно сказываются на состоянии вечномерзлых грунтов в основании, вплоть до их оттаивания, что приводит к развитию термокарстовых просадок, активизации пучения и, как следствие, потере устойчивости фундаментов. Достаточно распространенным примером могут служить газосборные коллекторы кустовых газодобывающих скважин северных газовых месторождений. Газосборные коллекторы обычно устраиваются на эстакадах со свайными опорами и проходят вдоль края общепланировочной насыпи, на расстоянии нескольких метров от бровки откоса. Исследования специалистов ФГУП «Фундаментпроект» показывают, что часто фундаменты эстакад газосборных коллекторов в таких случаях попадают в область растепления вечномерзлых грунтов (рис. 4), что приводит к снижению несущей способности свай, их осадкам, или выпучиванию. Величина деформаций свай в уже первые 3-5 лет достигает 10-25 см.