В других случаях скрытое подтопление связано со строительством не на поверхности земли, а под ней. Например, в Харькове после прокладки метрополитена в прилегающих к его трассе городских кварталах во многих домах и котельных начали подтопляться подвалы. В чем дело? Приведенные инженерно-гидрогеологические изыскания показали, что тоннели метро, построенные поперек потока подземных вод, сыграли роль своеобразной водоподпорной плотины — барража. В «верхнем бьефе» этой плотины уровни подземных вод резко повысились и достигли поверхности земли. Аналогичные процессы наблюдаются и в других городах, где построены перегораживающие течение подземных вод сооружения, транспортные и коммунальные тоннели, шахты, коллекторы, глубокие подвалы и фундаменты.

В последние годы барражный эффект, который оказывают подземные сооружения, стал учитываться — строительство под землей сопровождается устройством дренажа, предотвращающего подъем уровней подземных вод.

Мы рассказали о причинах подтопления, о его источниках. А каков механизм этого процесса? Почему вода, попадающая извне в землю, в большинстве случаев не уходит в более глубокие пласты и не растекается в стороны? Дело в том, что самый верхний слой горных пород, на которых мы строим свои города, — это почти повсеместно распространенные суглинки, глины, иловатые пески и супеси, слабопроницаемые грунты со слабой водоотдачей и плохой естественной дренированностью. Попадающая в такие грунты вода никуда не стекает, накапливается в виде так называемых верховодок, уровень ее растет и достигает критической глубины, при которой подтопляются города, заболачиваются и засоляются земли. Правда, процесс этот не бесконечен — со временем испарение с поверхности подземных вод уравновешивает их поступление и подъем прекращается.

Борьба с подтоплением ведется различными средствами, многие из которых применяются в комплексе друг с другом. Первое, самое радикальное мероприятие — это устранение причин подтопления, о чем уже говорилось. Противофильтрационная облицовка каналов, герметизация водопроводов и коллекторов, ликвидация утечек, организация водосбора и водоотведения дождевых и талых вод ливневой канализацией — наиболее надежный путь предотвращения подтопления.

Второй способ борьбы с поднимающимися подземными водами — это герметизация заглубленных сооружений. Идея здесь простая: пусть растет уровень воды, важно, чтобы он не затопил подвалы домов.

К сожалению, это не всегда оказывается достаточным. Часто подтопление приводит к ослаблению грунтов, на которых стоят здания, к их вымыванию, выщелачиванию и т.д. Основания сооружений теряют прочность, деформируются, вместе с ними теряют устойчивость и сами сооружения. Поэтому более действенным, активным средством борьбы с подземными водами является дренаж, который понижает их уровень до безопасной глубины.

В тех случаях когда источник подтопления известен и направление потока точно определено, строят отсечный (защитный) дренаж. Он перехватывает подземные воды и не дает им достигнуть застроенной территории. Таким линейным дренажем отсекают фильтрационное течение из водохранилищ или каналов.

Если же подтопление охватывает защищаемую территорию равномерно, например при утечках воды из городской водопроводной и канализационной сети, то устраивают систематический дренаж. Он представляет собой сеть дренажных сооружений, равномерно расположенных по всей дренируемой площади. В частности, это сеть вертикальных дренажных скважин, размещенных в шахматном порядке во всех районах города. Или это система пересекающихся друг с другом горизонтальных дрен, проложенных по прямоугольной сетке («шахматная доска»).

В случае необходимости защиты от подтопления отдельных зданий, цехов заводов или даже некоторых заглубленных сооружений строят локальный дренаж, понижающий уровень подземных вод лишь на заданных участках. Он выполняется в виде одиночных водопонизительных скважин или их групп либо в виде отдельных горизонтальных дрен.

Такой дренаж может устанавливаться и в виде кольцевых систем вертикальных, скважин или горизонтальных дрен, окружающих защищаемое сооружение, а также пристенного гравийно-песчаного дренажа. Подтопляемые трубопроводные, транспортные и кабельные линейные коммуникации сопровождаются так называемым попутным дренажем, который прокладывается рядом (и ниже) с самими коммуникациями.

Кроме вертикального и горизонтального дренажа, применяют комбинированный, состоящий из горизонтальных дрен со скважинами-усилителями, снимающими напор лежащего ниже напорного водоносного пласта. Зачастую возникает необходимость защиты от подтопления эксплуатируемых заводских цехов или жилых зданий. В таких условиях строить локальный дренаж очень трудно — подземное пространство здесь почти полностью занято трубами, кабелями, колодцами и т.п.

Успешным может оказаться применение, закрытого лучевого дренажа. Строится он так. Рядом со зданием сооружается шахтный колодец, из которого в грунт пробуриваются горизонтальные лучевые скважины. Они располагаются непосредственно под зданием и при откачке воды обеспечивают требуемое понижение уровня подземных вод. При этом необходимо следить за тем, чтобы осушение грунтов шло постепенно, иначе могут произойти неравномерные осадки основания, а само здание может перекоситься.

Изучение затонувших древних городов убеждает нас в том, что одна из наиболее вероятных причин затопления — это опускание земной поверхности. Движения земной поверхности, как об этом рассказано в предыдущей главе, геологи относят к компетенции тектоники (современные движения земной коры — предмет неотектоники). Считалось само собой разумеющимся, что движения земной поверхности — это природные процессы, корни которых уходят в глубины земного шара. О техническом вмешательстве человека в эти процессы не помышляли далее фантасты.

Но сравнительно недавно (лет 70 назад) ученые обнаружили, что техническая деятельность человека во многих местах приводит к довольно значительному оседанию земной поверхности. Это не целенаправленный процесс, а вредное последствие достижения других целей.

Оседание поверхности земли, вызванное технической деятельностью человека, происходит по многим причинам. Наиболее значительное оседание, охватывающее большие территории, обусловлено извлечением из земных недр воды, нефти и газа. Собственно, термин «оседание земной поверхности» сейчас относят именно к этому виду оседания.

О масштабах явления можно судить по таким примерам: в Токио оседание территории достигло 4 м, в Мехико — 8 м, в гавани Лонг-Бич (близ Лос-Анджелеса) — 9 м, в долине Сан-Хоаккн (Калифорния, США) — 8,5 м. Это «рекордные» показатели; в меньшей степени оседание зарегистрировано во многих городах и районах в разных странах: Осаке и Ниигате, Венеции и дельте р. По, Таллинне и Белозерском железорудном месторождении, Лондоне и др.

В последние десятилетия оседание земной поверхности стало широко распространенным явлением, его изучением и борьбой с ним заняты многие ученые и инженеры, оно стало международной проблемой, обсуждаемой на научных симпозиумах.

Оседание поверхности причиняет много, мягко говоря, беспокойства. В городах, вследствие неравномерности осадки, деформируются и разрушаются здания, нарушаются коммуникации. Выходят из берегов реки, затопляются прибрежные территории. В Токио, например, около 20% территории города оказалось ниже уровня моря и отгорожено от воды дамбами: уровень рек и каналов, впадающих в Токийский залив, находится сейчас выше поверхности земли. Более 2 млн. человек живут под угрозой затопления; многим районам города угрожает подтопление. В американском штате Техас, на побережье Мексиканского залива, оседание земной поверхности на 1,6–3 м приводит к увеличению площади территорий, затопляемых высокими приливами и штормовыми наводнениями. Наводнение, вызванное ураганом 1976 г., покрыло в районе Хьюстон-Галвестон территорию на 65 км² больше, чем при урагане в 1961 г. (всего 378 км²).