8. Водопонижение и гидроизоляционные работы при строительстве подземных сооружений

1. Общие положения

Водопонижение (искусственное понижение уровня подземных вод путем их откачки или отвода) применяется при разработке котлованов, возведении подземных сооружений, для постоянного снижения уровня подземных вод на территории промышленных предприятий, гражданских сооружений и сельскохозяйственных угодий и для защиты их от подтопления при подъеме уровня подземных вод. Понижение уровня подземных вод достигается применением водоотлива, дренажа, открытых и вакуумных водопонизительных скважин, иглофильтров и электроосмоса.

Наряду с положительным эффектом водопонижения, позволяющего вести земляные работы, возводить и эксплуатировать сооружения в осушенных грунтах, возникают и отрицательные явления. Фильтрационный поток, формирующийся в направлении к месту отбора воды (к скважинам, дренажу или к горной выработке), создает гидродинамическое давление на грунт, ослабляет прочностные связи в нем и может вызвать вынос частиц грунта. Понижение уровня воды вызывает уменьшение взвешивающего давления в грунте и, как следствие, дополнительные его осадки. Кроме того, происходит выделение растворенных в воде газов и химических веществ, в осушенное пространство проникает воздух, в результате чего изменяется среда, окружающая подземные сооружения.

Разрыхление и уплотнение грунтов, вызывающее дополнительные их осадки, возможно и в процессе бурения водопонизительных скважин, погружения и извлечения иглофильтров, поэтому при проектировании водопонижения необходимо предусматривать мероприятия по защите от нарушения оснований сооружений и откосов котлованов, а также по охране окружающей среды, т.е. не должны допускаться: истощения ресурсов подземных вод и их загрязнения; загрязнения и размыв берегов поверхностных водоемов; эрозия и высушивание почв; отрицательные последствия осадок грунтов, сооружений и территорий.

В проектах должно предусматриваться использование откачиваемых и отводимых вод для промышленных, сельскохозяйственных или коммунальных целей, а также использование взвешенных частиц и растворенных в воде веществ.

2. Конструктивные решения

2.1. Водоотлив

При проектировании водоотлива из котлованов и траншей должны быть предусмотрены канавки и лотки для сбора и отвода к зумпфам (водосборникам) поступающих в выемки подземных и поверхностных вод с последующей их откачкой на поверхность (рис.1).

Рис.1. Схема открытого водоотлива

1 – водосборная канавка; 2 – зумпф; 3 – депрессионная поверхность; 4 – дренажная пригрузка на откосе; 5 – насосная установка

Применение водоотлива не имеет ограничений в зависимости от вида грунтов (и их фильтрационных свойств). В проекте необходимо предусматривать мероприятия (пригрузки откосов и т.п.), исключающие нарушение природной структуры, разуплотнение и оплывание грунтов. При разработке грунтов методами гидромеханизации организация водоотлива становится более простой, т.к. откачка подземных вод обычно совмещается с удалением пульпы, а в забое допускается разрыхление грунтов фильтрующейся водой. Эффективность применения водоотлива обусловливается высоким КПД насосного оборудования, минимальным, по сравнению с другими способами водопонижения, объемом откачиваемой воды и возможностью выполнения работ без привлечения специализированной строительной организации.