Борьба с подземными водами

Почему не стоит делать ремонт самому

Алмазное бурение и резка

Преимущества бестраншейной прокладки труб

Бурение скважин на воду в компании «Алмаз Бурение»

Как соединить пластиковую трубу с металлической?

Грунтовые воды являются одним из факторов, мешающим производству строительно-монтажных работ и ставящим под угрозу целостность уже готовых сооружений.

Грунтовые воды могут образовываться из-за насыщения поверхностных слоев грунта атмосферными осадками, а также из-за наличия подземных источников влаги в непосредственной близости к поверхности.

Наибольшую опасность такие воды представляют в период паводков или длительных дождей. В строительстве чаще всего приходится иметь дело с так называемой «верховодкой».

Этот тип грунтовых вод представляет собой слой перенасыщенный влагой, под которым расположен пласт глины или суглинка. Наличие таких неблагоприятных условий усложняет проектирование и устройство фундаментов, а также, иногда, ставит под вопрос возможность возведения подвальных помещений ниже уровня нулевой отметки.

Пожалуй, единственным, по-настоящему эффективным, способом борьбы с грунтовыми водами, является устройство дренажа. В современном строительстве существует множество решений дренажных систем, в зависимости от насыщенности грунтов влагой, рельефа, климатических условий, назначения строящегося здания или сооружения и т. д.

Перед началом производства работ по устройству дренажа всегда составляют подробный проект, в котором обязательно учитывают точную топографию строительной площадки. Конфигурация системы будет очень сильно зависеть от рельефа местности, так как основные каналы дренажных систем всегда располагаются поперек склонов.

Именно такое расположение позволяет наиболее эффективно перехватывать осадки и влагу, образовавшуюся в результате паводков. Стоит отметить, что если расположить дренаж вдоль склонов, то он также будет нести свою функцию, к сожалению не так эффективно и, со временем, в местах прокладки дренажных магистралей могут появиться овраги.

Дрены (дренажные каналы), могут быть открытыми, в виде лотков или траншей и закрытыми, состоящими из перфорированных труб, песчано-гравийных фильтров и т. д. Самый простой вариант — открытый дренаж. Такой вариант наименее трудоемок, но к сожалению, занимает полезную площадь и зачастую мешает строительству.

Этот вариант распространен при дренировании небольших приусадебных участков при неглубоком залегании грунтовых вод.

Обычно используются неглубокие траншеи и специальные бетонные лотки. Закрытые дренажные системы изготавливаются из пластиковых, керамических или асбестовых труб, которые соединяют в ветки и укладывают на «постель» из щебеночно-песчаной смеси.

Это наиболее эффективный метод водоотведения, широко применяемый в строительстве. Одними из недостатков такого дренажа можно назвать высокую трудоемкость при изготовлении, а также возможность заиливания магистралей.

Как известно, строительство здания начинается с заложения фундамента, надежность которого во многом зависит от технических характеристик грунта.

Однако особое внимание стоит обратить на такую характеристику, как уровень грунтовых вод, поскольку слишком высокий уровень ограничивает выбор фундамента, а также вносит существенные коррективы в план строительства.

Какие еще сюрпризы связаны с грунтовыми водами, которые могут стать настоящей проблемой?

Во-первых, грунтовые воды мешают проводить обустройство и озеленение участка.

Во-вторых, грунтовые воды значительно осложняют ведение строительства и эксплуатацию уже имеющихся строений на участке.

В-третьих, грунтовые воды являются основной причиной размыва фундамента и потери несущей способности грунта.

В-четвертых, повышенная влажность вызывает развитие микроорганизмов, плесени и грибков, что со временем приводит к естественной эрозии основания фундамента.

Добавьте ко всему вышеперечисленному риск обрушения стен сооружения, и вы поймете, почему так важно бороться с грунтовыми водами.

Способы борьбы с грунтовыми водами

Выделяют несколько способов борьбы с грунтовыми водами, их подразделяют на большие группы временные и постоянные.

К временным мерам борьбы с грунтовыми водами относятся следующие:

• откачка грунтовых вод с использованием специального оборудования;
• мелиорация или нормализация водного баланса грунта;
• поверхностный дренаж.

Постоянные меры борьбы с грунтовыми водами в первую очередь связаны с проведением сложных технических расчетов, которые должны проводиться специалистами соответствующей квалификации. Кроме того, постоянные меры в некотором роде относятся к категории предупредительных мер, целью которых является, не столько устранение проблем с грунтовыми водами, сколько их предупреждение.

Так, к постоянным мерам относятся:

• гидроизоляция конструктивных элементов сооружения;
• заглубление дренажной системы.

Временной мерой может стать откачка грунтовых вод из затопленных подвалов, септиков колодцев при помощи специальных дренажных насосов. Как правило, такая мера очень эффективна в весенний период, когда уровень грунтовых вод достаточно высок.

Вместе с тем применение дренажных насосов grundfos целесообразно при условии прекращения притока воды. Также дренажные насосы являются незаменимыми помощниками при заложении постоянных систем снижения уровня воды, например, системы горизонтального или вертикального дренажа.

Мелиорация грунта является еще одной эффективной мерой по борьбе с грунтовыми водами. Но, как уже отмечалось ранее, это мера временная.

Так, к мелиорационным мероприятиям относятся:

• повышение эффективности и интенсивности использования земель;
• оптимизация агротехники (глубокое рыхление или вспашка грунта кротом);
• мероприятия по оптимизации цикла «промерзание-оттаивание» грунта;
• мероприятия по обработке почв специальными химическими реагентами-мелиорантами.

Поверхностный дренаж также временная мера, направленная на ускорение стока и регулирование уровня грунтовых вод. Преимуществом применения такого способа является возможность осушения обширных территорий. Вырывается траншея открытого типа или так называемый осушительный канал, целью которого является создание естественного уклона для стока воды.

Всем известно, что проблему лучше всего предотвратить, чем потом искать способы ее разрешения. Это же относится и к проблеме грунтовых вод.

На сегодняшний день, пожалуй, самым эффективным способом предотвращения проблем, связанных с грунтовыми водами является качественная и надежная гидроизоляция.

По своему типу гидроизоляция бывает внешней и внутренней или еще ее называют инъекционной.

Внешняя гидроизоляция возможна для строений без подвалов и цокольного этажа. Она применяется с целью укрепления основания фундамента. Основание фундамента при такой гидроизоляции обклеивается специальным гидроизоляционным материалом или обмазывается гидроизоляционным составом. В крайнем случае, по периметру здания выкапывается траншея шириной приблизительно 1 метр.

При наличии доступа к внутренним стенам фундамента производится инъекционная гидроизоляция: в стенах основания при помощи буров выполняются отверстия, в которые под давлением подают специальный раствор – гидрофобизатор. Гидрофобизатор при застывании кристаллизуется, и бетон теряет свои влагопоглощающие свойства. Таким образом, гарантируется оптимальная целостность основания фундамента, а вместе с ним и долговечность строения.

Дренаж всегда эффективен

Еще одним не менее эффективным, но более затратным и трудоемким с технической точки зрения является обустройство системы дренажных труб.

Несмотря на необходимость проведения сложных технических расчетов и установки комплексного оборудования, на некоторых участках дренажные системы становятся чуть ли не единственно возможным способом решения проблемы грунтовых вод. Максимальную эффективность показали кольцевая и пристенная системы дренажа.

Какой из предложенных способов борьбы с грунтовыми водами выбрать, решать вам.

При эксплуатации жилых зданий и промышленных объектов возникает опасность деформации сооружений из-за снижения несущей способности грунтов. Это происходит в связи с тем, что зачастую приходится вести строительство в водонасыщенных землях. Грунтовые воды и содержащиеся в них различные примеси (сульфаты, хлориды, окиси магния, свободная углекислота, соли) способны разрушать бетон и цементные строительные растворы, таким образом, негативно влияя на фундамент. Поэтому так важно до начала проектно-строительных работ изучить уровень залегания грунтовых вод, их химический состав, исследовать водоемы и водотоки, которые их питают, выявить расположение геологических разрезов, проанализировать свойства грунтов.

Одним из основных методов борьбы с колебанием уровня грунтовых вод является водопонижение. При благоприятном рельефе местности водопонижение осуществляется самотеком воды, а при неблагоприятном- с помощью принудительной откачки.

При дренировании грунтовых вод различают следующие типы дренажей: горизонтальный, вертикальный и комбинированный.

Горизонтальный тип дренажа обеспечивает понижение уровня отводом воды с помощью канав (траншей) и подземных галерей. Отток воды происходит самотеком. В большинстве случаев горизонтальные дренажи хорошо работают при небольшой глубине их заложения.

Горизонтальные канавы (траншеи) могут быть открытыми и закрытыми. Наибольшая глубина открытых траншей 5-6 м. Разновидностью дренажных траншей являются откосные дренажи и дренажные прорези. Откосные дренажи представляют собой неглубокие, расположенные поперек откосов траншеи, заполненные фильтрующим материалом. Их задача осушить те откосы, через которые пытается выйти на поверхность грунтовая вода. Дренажные прорези могут иметь глубину до 10-15м. Такого типа траншею, заполненную дренирующим материалом, закладывают поперек или вдоль склонов с целью вскрытия водоносного слоя и удаления из него воды.

Подземные галереи чаще всего применяют на оползневых склонах.

Рис. Схема дренажа оползневых склонов (а) и котлованов (6): 1 -водосборная галерея; 2 — поток грунтовых вод; 3 — оползневое тело; 4 — водоупор; 5 — приямок с фильтром; 6 — насос.

Вертикальный тип дренажа обеспечивает понижение уровня грунтовых вод откачкой насосами или пропуском воды самотеком в нижележащие водопроницаемые слои. Котлованы и траншеи при маленьком притоке грунтовых вод разрабатывают с применением открытого водоотлива, а в случае, когда приток воды значителен и толщина водонасыщенного слоя, подлежащего разработке, крупная, то до начала изготовления работ уровень грунтовых вод искусственно снижают с внедрением разных способов закрытого водоотлива, называемого водопонижением.
Открытый водоотлив используют для откачки протекающей воды конкретно из котлованов либо траншей насосами. При открытом водоотливе грунтовые воды просачиваются через откосы и дно котлована и направляются по прорытым водосборным канавам либо лоткам к специально устроенным в пониженной части котлована приямкам, называемым зумпфами, откуда вода откачивается диафрагмовыми либо центробежными насосами соответствующей производительности. Насосы выбирают в зависимости от дебета (притока) вод, а сам дебет рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод.
Водосборные канавы устраивают шириной по дну 0,3-0,6 м и глубиной одного-двух метров с уклоном 0,01-0,02 в сторону приямков. Сами приямки в устойчивых грунтах фиксируют древесным срубом без дна, а в оплывающих грунтах еще шпунтовой стенкой.
Открытый водоотлив — обычный и доступный метод борьбы с грунтовыми водами, но имеет большой технологический недочет. Восходящие потоки грунтовой воды, протекающей через стенки в дно котлованов и траншей, разжижают грунт и выносят из него на поверхность маленькие частички. В итоге такового вымывания данный метод имеет ряд существенных недочетов:
• падает естественная надежность основания выемки за счет размыва его проточной водой;
• наличие воды на дне выемки затрудняет разработку грунта;
• нужно фиксировать стенки выемок, потому что движение воды к зумпфам приводит в движение и грунты;
• подток воды к водосборной канаве может вызвать ослабление оснований построек и зданий, расположенных рядом со строящимся объектом.

В тех вариантах, когда водоотлив выясняется нецелесообразным, используют искусственное снижение уровня грунтовых вод (водопонижение).
Водопонижение обеспечивает понижение уровня грунтовых вод (УГВ) ниже дна будущей выемки. Снижение уровня грунтовых вод состоит в откачке грунтовых вод глубинными насосами из шахтных колодцев либо буровых водопонижающих скважин, расположенных в конкретной близости от грядущего котлована либо траншеи. При всем этом УГВ резко понижается, ранее насыщенный водой грунт и сейчас обезвоженный разрабатывается как грунт естественной влажности. При водопонижении возникает способность сохранять в целостности откосы выемок и предотвращать вынос частиц грунта из-под фундаментов ближайших построек.

Для ненатурального водопонижения создано пару действенных способов: иглофильтровый, вакуумный и электроосмотический, главным из которых является иглофильтровый.
Данный метод ненатурального снижения УГВ основан на применении иглофильтровых установок, состоящих из железных труб с фильтрующим звеном в нижней части (иглофильтр), водосборного коллектора на поверхности земли и самовсасывающего вихревого насоса вместе с электродвигателем. Железные трубы погружают в обводненный грунт по периметру котлована либо по одной либо двум сторонам траншеи.
Иглофильтр состоит из 2-ух частей: фильтрующего звена и над фильтровой трубы (диаметр иглофильтра 40-50 миллиметров). Фильтрующее звено, в свою очередь, состоит из внутренней глухой и внешней перфорированной труб. Данная труба с внешней стороны обмотана проволокой, усилена фильтрационной и защитной сетками; снизу труба заканчивается фрезерным наконечником, внутри которого расположены шаровой и кольцевой клапаны.
Для опускания иглофильтра в рабочее положение при сложнейших грунтах пробуривают скважины (при глубинах до 6-9 м). В песках и супесчаных грунтах иглофильтры помещают гидравлическим методом путем подмыва грунта под фрезерным наконечником водой напором до 0,3 МПа. Поступая в верхнюю часть наконечника, вода опускает шаровой клапан, поступает под давлением к нижней части наконечника, размывает окружающий грунт, а также и по периметру трубы. Под действием собственного веса иглофильтр погружается в грунт, кольцевой клапан в процессе погружения трубы закрывает место меж внешней и внутренней трубами. По еле погружения иглофильтра на рабочую глубину полое место окружает трубы частично заполняется просевшим грунтом, частично засыпается крупнозернистым песком либо гравием.
При включении всей системы на режим откачки воды шаровые клапаны иглофильтров под влиянием вакуума поднимаются вверх и закрывают отверстие, сразу кольцевой клапан опускается, открывая путь грунтовой воде через систему сеток в место меж трубами и дальше во внутреннюю трубу.
При одноярусном расположении иглофильтры разрешают снизить уровень грунтовых вод на 4-5 метра, при двухъярусном — на 7-9 метров. Иглофильтры располагают на расстоянии 0,пять м от бровки котлована либо траншеи. Узкие траншеи глубиной до 4,5 и шириной до 4 метров осушают одним рядом иглофильтров, большей ширины и глубины — 2-мя рядами.
Расстояние в ряду меж иглофильтрами назначают в зависимости от параметров грунта и глубины снижения уровня грунтовых вод. Для среднезернистых грунтов при коэффициенте фильтрации
2-60 м/сут расстояние принимают в пределах один один,пять м, в сильно
фильтрующих крупнопесчаных и песчаногравелистых грунтах расстояние уменьшают до 0,75 метров.
На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к установке (насосной). При работе насосов в режиме откачки воды посредством дренирующим свойствам грунта уровень воды в иглофильтре и окружающих грунтовых слоях понижается, что приводит к образованию другого УГВ, который именуется депрессионной кривой.

Рис. Схема осушения котлованов вертикальными дренами (а) и электрохимическими иглофильтрами (6): 1 — водопонизительные скважины; 2 — котлован; S — величина понижения уровня; 3 — иглофильтры; 4 — металлические проводники.

Недостатками всех вертикальных дренажей является непродолжительность срока службы трубчатых колодцев, вследствие загрязнения фильтров.
Поглощающие колодцы (скважины) устраивают в тех случаях, когда под водоупором грунтовой воды имеется хорошо водопроводящий слой. Грунтовая вода, поступая в этот слой, снижает свой уровень. При устройстве поглощающих систем следует учитывать, что скважины работают хуже колод­цев из-за быстрого засорения фильтров.

Комбинированный тип дренажа объеди­няет вертикальные и горизонтальные дрены. В зависимости от расположения дре­нажей в плане и по отношению к направлению движения фунтовых вод различают следующие виды дренажей: систематический, головной, береговой, кольцевой, а также пластовый и вентиляционный. Каждый вид дренажа сопровождается обяза­тельным устройством отвода поверхностных вод с осушаемой территории.

Систематический дренаж применяют для равномерного осушения значи­тельных территорий (заводская площадка, промышленная зона, карьеры руд­ных материалов, часть территории города и т.д.)

Этот вид дренажа применяют при небольшой мощности водоносного слоя и при неглубоком залегании грунтовых вод, питание которых осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков. В зависимости от геологического строения территории систематический дренаж может быть горизонтальным, вертикальным или комбинированным.

Рис. Систематический дренаж горизонтального типа (в плане и разрезе): 1 — дрены; 2 — дренажный коллектор;3-смотровой колодец; 4- пониженный уровень

Рис. Систематический дренаж вертикального типа (план и разрез):

1 — поглощающие скважины:

2 — пониженный уровень.

Головной дренаж используется для понижения уровня грунтового потока, пи­тание которого осуществляется со сто­роны. Вода перехватывается горизон­тальной дреной, закладываемой выше по течению грунтовых вод (рис. 7.36). При неглубоком залегании водоупора (до 4-5 м) дрена перехватывает весь грунтовый поток, но если водоупор расположен глубоко, то лучше устраивать вертикальный дренаж. Головной дренаж обеспечивает равномерное и надеж­ное понижение уровня грунтовых вод.

Рис. Головной дренаж (план и разрез): 1 — направле­ние потока грунтовой воды;

2 — головная дрена;

3 — смотровой колодец;

4 — пониженный уровень.

Береговой дренаж применяют в случае, когда уровни рек поднимаются вследствие устройства водохранилищ (рис. 7.37). Береговые дренажи по ус­ловиям своей работы аналогичны головным дренажам.

Рис. Береговой дренаж (план и разрез): 1 — береговая дрена; 2 -пониженный уровень.

Кольцевой дренаж защи­щает от подтопления под­вальные помещения отдель­ных зданий или небольшие участки. Чаще всего его применяют в случаях, когда необходимо понизить уровень грунтовых вод на значительную глубину. При глубоком залегании водоупора в слабофильтрующих породах лучше устраи­вать кольцевой вертикальный или комбинированный дренаж (рис. 7.38).

Рис. Кольцевой дренаж (план и разрез): 1 — дрены;

2 — смотровые колодцы;

3 — сбросная часть дренажа;

4 — пониженный уровень.

Пластовые дренажи служат для защиты отдельных зданий и дорожных (линейных) сооружений от возможного подтопления грунтовыми водами, уро­вень которых периодически повышается. По контуру сооружения укладывает­ся дренажный слой из фильтрующих материалов с дренажной трубой (водовыпуск).

Рис. Ппастовый дренаж: 1 — дрены; 2 — смотровые колодцы; 3 — сброс воды; 4 — дренажные трубы; 5 — крупнозер­нистый песок; 6 — грунт основания; 7 — фундамент.

Для борьбы с накоплением влаги в грунтах зоны аэрации иногда устраива­ют вентиляционный дренаж в виде труб или галерей, через которые постоянно или под давлением движется воздух, что и обеспечивает испарение конденса­ционной влаги.

Список литературы

1. Шведовский П.В., Федоров В.Г. Инженерная геология.- Брест: БГТУ, 1999г.

2. Шведрвский П.В., Федоров В.Г. Инженерная геология. Учебное пособие для строительных вызов.- Брест: БГТУ, 2007г.

3. Баландин Р.К. Геологическая деятельность человечества: Техногенез.-Мн.: Высшая школа,1978г.

4. Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Инженерная геодинамика. Л.. «Недра», 1977г.

5. Ананьев В.П., Коробкин В.И. Инженерная геология- М.: Высшая школа,1973г.

6. Ананьев В.П., Передельский Л.В. Инженерная геология и гидрогеология, 1973г.