В Санкт-Петербургском государственном архитектурно-строительном университете исследовали, как загрязнение песчаных грунтов нефтепродуктами влияет на их свойства и, как следствие, на работу оснований сооружений. Результаты позволяют учитывать последствия загрязнения при проектировании фундаментов на территориях нефтебаз, нефтяных терминалов, АЗС и других объектов, где существует риск проливов нефтепродуктов.
Исследование выполнила старший преподаватель кафедры геотехники кандидат технических наук Алина Квашук. Научным руководителем работы выступил профессор кафедры геотехники доктор технических наук Рашид Мангушев.
От экологической проблемы – к расчёту оснований
Попадание нефтепродуктов в песчаный грунт может происходить, например, при утечке из резервуара, повреждении его днища или проливе при транспортировке. При этом меняются физико-механические свойства грунта: снижаются его фильтрационные характеристики и угол внутреннего трения, увеличивается сжимаемость.
Для сооружения это может означать снижение несущей способности основания, увеличение осадок фундамента и более длительный период их стабилизации.
Ранее исследования загрязнённых нефтепродуктами грунтов в основном были связаны с инженерно-геологической и экологической оценкой, в том числе с вопросами рекультивации. В работе СПбГАСУ песчаный грунт рассматривался непосредственно как основание сооружения. Это позволило установить количественные зависимости между характеристиками загрязнения и изменением свойств грунта, а затем использовать полученные данные при расчётах фундаментов.
Что происходит с песком при загрязнении
В исследовании изучалось воздействие трёх видов нефтепродуктов – бензина А-95, дизельного топлива и тяжёлой нефти – на пески различной крупности: от крупных до пылеватых. Концентрация нефтепродуктов составляла от 0 до 12 % по массе.
Эксперименты показали, что под воздействием нефтепродуктов меняется даже гранулометрический состав песка. В грунте происходят процессы диспергирования – расщепления частиц на более мелкие, и агрегирования, то есть их слипания в более крупные образования. Для крупных и средних песков преимущественно характерно диспергирование, а для пылеватых – агрегирование. Наиболее интенсивное расщепление частиц наблюдалось при воздействии бензина, а агрегирование – при загрязнении пылеватого песка тяжёлой нефтью.
Одновременно снижается водопроницаемость грунта. В зависимости от крупности песка, вида нефтепродукта и его концентрации коэффициент фильтрации уменьшался на 11–99 %. Например, мелкий песок при содержании дизельного топлива в 10–12 % становился водонепроницаемым, а при загрязнении тяжёлой нефтью – слабоводопроницаемым уже при концентрации 6 %.
Исследование также выявило существенные изменения прочностных и деформационных характеристик. Угол внутреннего трения снижался на 5–22 %, а одометрический модуль деформации – на 40–85 %. При этом при загрязнении тяжёлой нефтью удельное сцепление могло увеличиваться до десяти раз.
Наиболее заметные изменения происходили при концентрации нефтепродуктов до 6 %. Дальнейшее увеличение концентрации приводило к дополнительному снижению ряда характеристик не более чем на 10 %.
Загрязнение влияет на осадки фундаментов
Полученные характеристики были использованы для оценки поведения оснований сооружений. Расчёты показали, что расчётное сопротивление грунта может снижаться на 10–40 %, а конечная осадка фундамента – увеличиваться до восьми раз. При этом срок стабилизации осадок в отдельных случаях может достигать 17,5 года.
Для проверки результатов исследователи провели численное моделирование в программном комплексе PLAXIS 3D. Рассматривался резервуар объёмом 20 000 кубометров с локально загрязнённым участком грунта и глубиной просачивания нефтепродуктов 7 метров. Моделирование показало, что неравномерность осадок превышает предельные значения по нормативным критериям для всех трёх исследованных нефтепродуктов.
Таким образом, нефтяное загрязнение песчаного грунта может влиять не только на экологическое состояние территории, но и на надёжность основания сооружения. При проектировании необходимо учитывать снижение предельного давления на грунт на 17–60 %, возможный рост осадок и увеличение времени их стабилизации.
«При расчёте фундаментов по предельным состояниям необходимо учитывать снижение предельного давления на грунт основания на 17–60 % в зависимости от крупности песчаного грунта, вида нефтепродукта и его концентрации, снижение расчётного сопротивления грунта и вероятность развития дополнительных осадок, в разы превышающих расчётное значение, а также увеличение сроков стабилизации осадок фундаментов», – отмечает Алина Квашук.
Практическое применение результатов
Разработанные рекомендации предназначены для использования при проектировании фундаментов на песчаных основаниях, подверженных нефтяному загрязнению. Они могут быть востребованы проектными и строительными организациями, а также специалистами, занимающимися обследованием аварийных резервуаров и анализом причин неравномерных осадок.
Результаты работы уже применялись АО «Трест № 68» при устройстве оснований на территории Петербургского нефтяного терминала и на площадке контейнерного терминала Петербурга.
В дальнейшем исследователи планируют расширить перечень изучаемых загрязнителей, включив мазут, моторные масла и их смеси, а также перейти от однородных песчаных оснований к многослойным и неоднородным грунтовым массивам, характерным для реальных строительных площадок. Ещё одно направление – уточнение расчётных моделей для грунтов, свойства которых под воздействием нефтепродуктов начинают приближаться к характеристикам связных грунтов.
Новость публикуется по результатам исполнения гранта СПбГАСУ 2026 года.
