3 Подземные воды
Характеристика подземных вод определяется в зависимости от двух основных факторов: гидравлического и условий залегания. Согласно гидравлическому фактору, подземные воды подразделяются на безнапорные и напорные, в зависимости от условий залегания – на почвенные и верховодку, грунтовые межпластовые, жильные и трещинные воды, родники или источники[4].
Почвенные воды и верховодка залегают в самых верхних слоях земной коры. Почвенные не имеют водоупорного ложа и как бы подвешены в порах почвы вследствие капиллярных явлений. Верховодкой называют временное скопление подземных вод, возникающее главным образом в период обильных дождей и усиленной инфильтрации. Верховодка залегает на небольших линзах водонепроницаемых пород (в моренных отложениях) и аллювиальных поймах.
Грунтовые - подземные воды постоянно существующего водоносного горизонта, залегающего на первом от поверхности водоупоре. Они безнапорны, от земной поверхности залегают на 1…50м.
Межпластовые подземные воды залегают между двумя водонепроницаемыми слоями. По условиям залегания эти воды могут быть безнапорные (встречаются редко) и напорные или артезианские. Геологические структуры больших размеров с наличием артезианских вод называют артезианскими бассейнами. Они играют значительную роль в снабжении населения питьевой водой.
Трещинные воды относятся к тектоническим образованиям, жильные передвигаются в размытых трещинах осадочных пород и тектонических образованиях. По характеру залегания жильные и трещинные воды относятся к грунтовым или межпластовым водам и имеют небольшую мощность водотока [4].
Родниками или источниками называют выходы подземных вод на поверхность. Их образование обусловливается пересечением водоносного горизонта с поверхностью рельефа.
Проектирование и устройство оснований и фундаментов осложняется тем, что в толще основания на определенной глубине имеются подземные воды, которые могут оказывать существенное влияние на несущую способность основания. Поэтому при проектировании и устройстве оснований и фундаментов следует учитывать сезонные и многолетние колебания уровня подземных вод и верховодки. Повышение УПВ может произойти в зонах основания, где имеются здания производственные с мокрыми технологическими процессами. Понижение УПВ следует ожидать в случае проведения мелиорационных работ и осушительных мероприятий при устройстве каналов и дренажей.
Колебания УПВ могут быть вызваны неправильным проведением работ при разработке котлованов, планировке территорий, устройстве дренажей, сетей водопроводов и др.
Окончательное положение УПВ назначают по результатам специальных расчетов, выполняемых на основании проведенных инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий.
Особое внимание при проектировании оснований и фундаментов следует обращать на предотвращение попадания в грунты основных производственных вод, отходов предприятий промышленности, которые могут вызывать формирование агрессивных сред, приводящих к химическим процессам набухания грунта или коррозионного воздействия на фундаменты (техногенные изменения уровня подземных вод).
Практикой строительства выработаны различные способы предохранения конструкций и подземных помещений от подземных вод и влаги. Защитные мероприятия направлены на предохранение подземных сооружений и подвалов от сырости, от затопления подземными водами, от коррозии и разрушения материалов. Выбор этих мероприятий зависит от гидрогеологических условий строительной площадки, сезонного колебания и возможного изменения уровня подземных вод, их агрессивности, особенностей конструкций и назначения помещений[2].
Защита наземных помещений от грунтовой сырости ограничивается устройством по выровненной поверхности всех стен на высоте 15-20см водонепроницаемой прослойки из жирного цементного раствора или одного-двух слоёв рулонного материала на битуме (рисунок 1). Этот слой составляет с бетонной подготовкой пола одно целое. В местах понижения пола устраивают дополнительную изоляцию. Защита подвальных и заглубленных помещений в сухих грунтах осуществляется обмазкой за 2 раза наружной поверхности заглубленных стен горячим битумом и прокладкой рулонной изоляции в стене на уровне пола подвала. Во влажных грунтах обмазку делают по оштукатуренной цементным раствором поверхности стены. В сильновлажных грунтах к цементному раствору добавляют церезит, уплотняющий бетон и растворы.
а, в – наружных стен; б – внутренних стен; 1 – рулонная гидроизоляция или цементный раствор; 2 – обмазка битумом за 2 раза
Рисунок 1 – Изоляция стен бесподвальных зданий с полами по лагам и грунту
Поверхности стен подвалов защищают горизонтальной водонепроницаемой прослойкой в стене, доходящей до пола подземного помещения или подвала (рисунок 2). Изоляцией полов подвала при низком уровне подземных вод служит сам бетонный пол. В сильновлажных грунтах пол выполняют из плотного бетона с добавлением церезита, покрывая его слоем битума, а чистый пол – из асфальта.
а – наружной стены; б – внутренней стены; 1 – рулонная гидроизоляция; 2 – обмазка битумом за 2 раза
Рисунок 2 – Изоляция стен подвальных и заглубленных помещений
В некоторых случаях при определённых условиях подземные воды способны образовывать агрессивную среду по отношению к бетону. Агрессивные подземные воды образуются в основном в зонах расположения предприятий химической промышленности, городских свалок, при складировании отходов химической промышленности и на заболоченных или засоленных территориях. При воздействии таких сред бетон фундаментов разрушается, что приводит к коррозии арматуры. Избежать вредного воздействия можно с помощью применения плотных и химически стойких классов бетона и использования трещиностойких конструкций. Если вышеупомянутые мероприятия не дают должного эффекта, прибегают к изоляции фундамента от агрессивных вод с помощью глиняных замков из перемятой и хорошо утрамбованной глины в комбинации с битумным и рулонным материалом (рисунок 3)
1 — обмазка битумом и гидроизоляционной мастикой; 2 — гидроизоляция между стеной и фундаментом; 3 — рулонная изоляция; 4 — пригрузочный слой бетона; 5 — деформационный компенсатор; 6 — цементный или асфальтовый защитный слой; 7 — цементная стяжка; 8 — бетонная подготовка; 9 — железобетонное ребристое перекрытие, заделанное в стены; 10 — пол подвала; 11 — защитная стенка; 12 — железобетонный кессон; 13 — обмазка битумом или гидроизоляционной мастикой за 3 раза; 14 — щебеночная или гравийная подготовка на битуме; 15 — замок из перемятой глины
Рисунок 3 - Гидроизоляция подземных помещений
При кислотных источниках агрессивных вод хорошие результаты даёт устройство вокруг сооружения нейтрализационных барьеров, представляющих собой канавы, заполненные известковым щебнем или камнем, которые, нейтрализуя кислоту, снижают агрессивность подземной воды. В сильноагрессивных водах подземные конструкции защищают с помощью химически стойких оболочек или облицовки клинкером на битуме или кислотостойком растворе.
В особых случаях при возможности подтопления фундаментов и подземных помещений, размывания грунтов основания устраивают специальные искусственные водопонижения, защиту оснований с помощью дренажей и искусственных ограждений. В городском строительстве в основном применяют горизонтальные дренажи из труб с полной или частичной прорезкой водоносных слоёв [4].
Применяют два типа дренажа для отдельных зданий и сооружений. Пристенный дренаж используют при относительно неглубоком залегании водоупорного слоя при слоистом напластовании грунтов (рисунок 4, а) и располагают с наружной стороны фундамента. Пластовый дренаж применяют обычно в плохо фильтрующих грунтах при наличии в этих грунтах маломощных слоёв хорошо фильтрующих грунтов. Пластовый дренаж часто совмещают с пристенным дренажом (рисунок 4, б). Соединения осуществляют с помощью труб. Необходимо учитывать, что устройство дренажей требует дополнительных расходов на их эксплуатацию и ремонт.
1 — грунт обратной засыпки; 2 — песок средней крупности; 3 — песок крупный; 4 —мелкий щебень или гравий; 5 — дренажная труба; 6 — глинобетон; 7 — втрамбованный в грунт щебень; 8 — соединительная труба
а )пристенный дренаж; б)пластовый дренаж под подвалом здания
Рисунок 4 - Схемы дренажей