книги / Механика грунтов, основания и фундаменты

Рис. 14.9. Схемы глубинного водопонижения:

а — одноярусное расположение иглофильтров; 6 — то же, многоярусное; f — на­ сосная станция; 2 — гибкие шланги; 3 — коллектор; 4 — иглофильтры; 5 — депрессионная воронка

гами. Коллектор, в свою очередь, соединяется с одной или несколь­ кими насосными установками.

В зависимости от фильтрационных свойств грунтов и необходи­ мой глубины водопонижения применяют различные типы иглофи­ льтровых установок.

Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) служат для понижения уровня подземных вод на глубину 4..,5 м в песчаных отложениях. При необходимости понижения подземных вод на большую глуби­ ну иглофильтры располагают в несколько ярусов (рис. 14.9, б) или применяют специальные эжекторные иглофильтры (водоструйные насосы, создающие большое разрежение около фильтрующего эле­ мента, что способствует увеличению всасывания), позволяющие при их однорядном расположении понизить уровень подземных вод на глубину до 25 м.

ЛИУ отличаются мобильностью, возможностью быстрого по­ гружения иглофильтров в грунт в собранном виде, простотой и на­ дежностью эксплуатации. Их применение наиболее эффективно в крупных, средних и мелких песках. Эжекторные иглофильтры, как более мощные, применяют в пылеватых песках и супесях с коэф­ фициентом фильтрации более 0,1 м/сут.

381

ум. Этот метод, требующий повышенных затрат электроэнергии, используют при осушении мелкозернистых грунтов (пылеватые и илистые пески, супеси, легкие суглинки, илы, лессы) с коэффициен­ том фильтрации не ниже 0,01 м/сут при требуемом понижении уровня подземных вод до 20 м. Вакуумные скважины отличаются от открытых водопонизительных скважин тем, что их устья герметизи­ руются и из них откачиваются вода и воздух.

' Электроосушение (электроосмотическое водопонижение) приме­ няют в глинистых грунтах с низкой водоотдачей. Способ электро­ осушения основан на свойстве передвижения воды в глинистых грунтах под действием постоянного тока (эЛектроосмос). Для элект­ роосушения по периметру котлована вдоль его бровки забивают стальные стержни из арматуры или труб. Затем на расстоянии 1,5...2

мот бровки котлована погружают иглофильтры, располагая их

вшахматном порядке относительно стержней (рис. 14.10). Стержни

подключают к положительному, полюсу источника постоянного тока с напряжением 30...60 В, а иглофильтры (через коллектор) — к отрицательному. Под воздействием пропускаемого тока, перемеща­ ясь от анода к катоду, грунтовая вода поступает в иглофильтр и откачивается всасывающим насосом. Практика показала, что на 1 м3 осушенного грунта расходуется от 5 до 40 кВт • ч электроэнер­ гии.

Применение электроосушения требует соблюдения соответству­ ющих правил техники безопасности.

Замораживание, битумизация. При защите котлованов от подтоп­ ления методом замораживания используется свойство влажных грун­ тов переходить в твердое состояние при замерзании. Заморажива­ ние может быть естественным и искусственным.

При естественном замораживании котлован вскрывают до уров­ ня подземных вод в период до наступления морозов. С наступлени­ ем холодов грунту дают возможность промерзнуть на глубину

20...30 см, после чего снимают верхний слой, оставляя нетронутыми

10...15 см мерзлого грунта. По мере промерзания грунта эту опера­

цию повторяют до тех пор, пока не будет достигнута проектная отметка котлована. Поскольку при этом промерзают и откосы

382

ном грунте. Способ заключается в создании по периметру кот­ лована стенки из мерзлого грунта (льдогрунтовая стенка), заглублен­ ной на 2...3 м в водоупор (рис. 14.11). Грунт замораживают, погру­ жая в него трубы, по которым циркулирует охлаждающий раствор (чаще аммиак, реже жидкий азот), понижающий температуру окру­ жающего грунта до —15...-20° С. Вокруг труб, погруженных с ша­ гом 0,9... 1,5 м, образуются цилиндры мерзлого грунта, которые, смыкаясь между собой, образуют сплошную защитную стенку. Толщина стенки замороженного грунта зависит от ее назначения: если она служит только для защиты котлована от притока подзем­ ных вод, то достаточно иметь толщину 10...15 см, если же она является и ограждением котлована, то ее толщина устанавливается расчетом на прочность. ,

Работы по замораживанию грунта проводятся в два этапа. На первом этапе, называемом активным замораживанием, грунт замо­ раживают, а на втором этапе, называемом пассивным заморажива­ нием, грунт поддерживают в замороженном состоянии в течение всего периода производства работ в котловане. Как показала прак­ тика, период активного замораживания занимает 40...70 сут.

Защита котлованов от подтопления методом замораживания имеет тот недостаток, что при его применении в пылевато-глинис­ тых грунтах наблюдается морозное пучение, т. е. увеличение объ­ ема, которое сопровождается подъемом поверхности грунта с со­ оружениями, находящимися в зоне его влияния. Еще более неблаго­ приятные последствия замораживания грунта наблюдаются в про­ цессе его оттаивания, поскольку в грунте, подверженном пучению, развиваются просадочные свойства, сжимаемость такого грунта повышается, а сопротивление сдвигу уменьшается. По этой причине следует избегать промерзания грунта ниже подошвы возводимых фундаментов и около фундаментов существующих сооружений.

В скальных трещиноватых породах с большим притоком воды черта дно котлована иногда прибегают к устройству Водонепрони­ цаемых экранов, нагнетая в породу разогретый до жидкого состоя­ ния битум. Битум подается насосом в инъекторщ, расположенные

383

в скважинах диаметром 100 мм, пробуренных в породе ниже дна котлована. Инъекторы представляют собой толстостенные трубки диаметром 40...50 мм, имеющие в пределах трещиноватой породы отверстия, через которые жидкий битум поступает в трещины и, остывая, заполняет их. Расстояние между инъекторами обычно принимают равным 0,75...1,0 м и уточняют пробной битумизацией.

Наряду с битумом для заполнения трещин в скальных породах можно использовать цементный раствор или синтетические смолы. Нагнетание в грунт материала с целью устранения его водопрони­ цаемости называется тампонажем.

14.4. Защита помещений и фундаментов от подземных вод и сырости

Необходимость защиты помещений и фундаментов от подзем­ ных вод и сырости вызвана тем негативным воздействием, которое они оказывают на состояние строительных конструкций и условия эксплуатации заглубленных и надземных помещений. Так, при со­ прикосновении подземных вод и влаги, проникшей в грунт с поверх­ ности после дождей или таяния снега, с ограждением подземных сооружений происходит их увлажнение. В результате на внутренней поверхности стен появляются сырость, плесень, начинает отсла­ иваться краска, разрушается штукатурка и т. д., а повышенная за счет испарения воды влажность воздуха в помещении ведет к нару­ шению санитарных условий его эксплуатации. Под влиянием капил­ лярных сил влага по порам материала стен может распространить­ ся и вверх, вызвав сырость в нижних этажах зданий. И здесь значительно ухудшаются санитарные условия в помещениях, снижа­ ются теплоизоляционные свойства наружных стен, а при замерза­ нии накопившейся в их порах влаги происходит механическое раз­ рушение материала. При высоком уровне стояния подземных вод существует угроза и прямого затопления заглубленных помещений за счет напорной фильтрации, а если подземные воды обладают еще и агрессивными свойствами по отношению к бетону, возможно разрушение подземных частей сооружения и фундаментов.

Выработанные практикой строительства различные способы за­ щиты конструкций и подземных помещений от вредного воздейст­ вия подземных вод и сырости можно разделить на три основные группы: борьба с проникновением атмосферных осадков в грунт путем отвода дождевых и талых вод с площадки строительства; устройство дренажей для его осушения; применение различных видов гидроизоляции.

Выбор одного или одновременно нескольких способов защиты зависит от топографических и гидрогеологических условий стро­ ительной площадки, сезонного колебания и возможного изменения уровня подземных вод, их агрессивности, особенностей конструкций и назначения заглубленных помещений. Во всех случаях водозащит-

384

ные мероприятия должны обеспечить заданный режим влажности в проектируемых помещениях и защиту конструкций от агрессив­ ных вод на весь срок их эксплуатации.

Отвод дождевых и талых вод с площадки строительства произ­ водится для защиты грунтов от переувлажнения. Для организации отвода осуществляется вертикальная планировка территории за­ стройки, заключающаяся в придании местности определенных ук­ лонов. Для эвакуации собравшейся воды предусматривается устройство на местности системы водоотливных канав, а на застро­ енной местности, где применение открытой системы водоотлива затруднительно, устраивают закрытые лотки и ливневую канализа­ цию. С этой же целью вдоль наружных стен зданий устраивают отмостку с уклоном в сторону от сооружения.

Осушение грунтов дренированием является одной из наиболее важных задач в комплексе водозащитных мероприятий.

Дренаж — это система дрен и фильтров, предназначенная для перехвата, сбора и отвода от сооружения подземных вод. Попавшие в дренажную систему грунтовые воды самотеком направляются к водоотводящим коллекторам или водосборникам насосных стан­ ций. Дренажи могут устраиваться как для одного здания или соору­ жения (кольцевой дренаж),' так и для их комплекса в период ин­ женерной подготовки территории (систематический дренаж), что более экономично, так как в этом случае дренажная сеть получается менее протяженной.

В современной практике строительства находят применение сле­ дующие виды дренажей: траншейные, закрытые беструбчатые, трубчатые, галерейные и пластовые.

Транш ейные дренажи (открытые траншеи и канавы) приме­ няют для осушения территорий, предназначенных под застройку. Являясь эффективным средством водопонижения, они в то же время занимают большие площади, осложняют устройство транспортных коммуникаций и требуют существенных эксплуатационных затрат для поддержания их в рабочем состоянии.

Закры ты й беструбчаты й дренаж представляет собой тран­ шею, заполненную фильтрующим материалом (гравий, щебень, камень и др.) от дна до уровня подземных вод (рис. 14.12, а). Этот тип дренажа предназначен в основном для сравнительно недолго­ временной эксплуатации, например на период производства работ по устройству фундаментов.

Трубчатый дренаж являетсянаиболеераспространенным ипред­ ставляетсобой дырчатую трубу с обсыпкойпесчано-гравийной смесью или с фильтровым покрытием из волокнистого материала (рис. 14.12, б). Для устройства трубчатых дренажейв агрессивнойсредеприменяют керамические или чугунные трубы, при неагрессивной среде можно также использовать трубы из асбестоцемента, бетона, железобетона и т. д. Дренажныетрубы укладывают с минимальным уклоном 0,005при их диаметре до 150 мм и с уклоном 0,003 при диаметре 200 мм и выше.

Рис. 14.12. Видыдренажей:

а — закрытыйбеструбчатый; б — трубчатыйсовершенноготипа; в — трубчатыйнесо­ вершенного типа; г — дренажная галерея; 1 — дерн корнями вниз; 2 — уплотненная глина; 3 — дерн корнямивверх; 4 — обратная засыпка из местногопесчаного грунта; 5 — щебень; 6 — каменная кладка; 7 — глинобетонная подушка; 8 — песок средней крупности; 9 — труба; 10 — водоупор; 11 — обделка из сборныхжелезобетонных эле­ ментов; 12 — дренажная засыпка; 13 — отверстиядля воды

Дренажные галереи (галерейный дренаж) применяют только в наиболее ответственных случаях, например для особо надежной долговременной эксплуатации, в процессе которой переустройство дренажа в случае выхода его из строя будет невозможным. В дре­ нажной галерее устраивают бетонный лоток (рис. 14.12, г) или водоотводную канавку, высоту галереи принимают не менее 1,3 м,

ауклон в сторону выпуска должен составлять не менее 0,003.

Пластовы й дренаж представляет собой слой фильтрующего материала, уложенный под всем сооружением (рис. 14.13). Вода из пластового дренажа отводится с помощью обычных трубчатых дрен. Пластовый дренаж состоит, как правило, из двух слоев: нижний слой толщиной не менее 100 мм выполняется из песка

3 8 6

средней крупности, а верх­ ний, мощностью не менее

ный слой из проницаемого материала, устраивается с наружной стороны фундамента и заглубляется ниже его подошвы. Соединение пластового дренажа с пристенным в зданиях с ленточными фун­ даментами осуществляется с помощью труб, а с отдельными фун­ даментами — через дренажные прослойки.

При неглубоком залегании водоупора и слоистом основании иногда достаточно устройства только одного пристенного дренажа.

Отметим, что дренаж, полностью прорезающий водоносный слой и доходящий до водоупора, называется дренажем совершен­ ного типа, а прорезающий этот слой частично — дренажем несовер­ шенного типа.

Воды, собираемые и откачиваемые водопонижающими установ­ ками или дренажными системами, должны быть максимально ис­ пользованы в народном хозяйстве. Неиспользованная часть воды отводится и сбрасывается в водоемы, дождевую канализацию или другие отведенные для сбросов места, где предусматриваются спе­ циальные защитные меры против размыва грунтов,

Гедроизоляцня предназначается для обеспечения водонепроница­ емости сооружений (антифильтрацирнная гидроизоляция), а также защиты от коррозии и разрушения материалов фундаментов и под­ земных конструкций при физической или химической агрессивности подземных вод (антикоррозионная гидроизоляция).

В настоящее время известно много видов антифильтрационной гидроизоляции, различающихся по своей надежности, стоимости и сложности устройства. Из . них в каждом конкретном случае выбирается наиболее рациональный тип, который в комплексе с другими водозащитными мероприятиями обеспечивает заданный режим влажности в изолируемых помещениях на весь срок их службы. Так, в простейшем Случае, когда необходимо защитить от капиллярной влаги надземные помещения, достаточно ограничить­ ся устройством по выровненной поверхности всех,стен на высоте 15..20 см от верха отмостки или тротуара непрерывной водоне­

387

Если уровень подземных вод находится ниже пола подвала (рис. 14.14, б), то изоляция от сырости подвальных и заглубленных помещений осуществляется обмазкой за 1...2 раза наружной поверх­ ности заглубленных стен горячим битумом и прокладкой рулонной изоляции в стене на уровне пола подвала. С внутренней стороны пол и штукатурку выполняют из плитки или в виде цементного слоя с железнением.

Если уровень подземных вод находится выше отметки пола подвала, то гидроизоляцию устраивают в виде сплошной оболочки, защищающей заглубленное помещение снизу и по бокам. Выполня­ ется такая гидроизоляция из рулонных материалов с негниющей основой (гидроизол, стеклорубероид, металлоизол, толь и т. п.) и наклеивается на изолируемую поверхность битумным раствором (оклеенная гидроизоляция). Вертикальная гидроизоляция для защи­ ты заглубленных помещений с боков наклеивается, как правило, с наружной стороны конструкций (наружная гидроизоляция), чтобы под действием напора подземных вод она была прижата к изолиру­ емой поверхности. Для предохранения изоляции от механических повреждений (например, при обратной засыпке грунта в пазухи фундаментов) ее ограждают снаружи защитной стенкой из кирпича, бетона или блоков (рис. 14.15). Зазор между изоляцией и защитной стенкой заполняют жидким цементным раствором. Наряду с защит­ ными функциями стенка также удерживает гидроизоляцию в про­ ектном положении и воспринимает часть гидростатического давле­ ния воды.

Горизонтальная гидроизоляция для защиты заглубленных поме­ щений снизу наклеивается на гладко выровненную цементной стяж­ кой пбверхность подготовки и предохраняется сверху цементным или асфальтовым слоем толщиной 3...5 см. Гидростатическое дав-

388

Рис. 14.15. Гидроизоляция подвальных помещений:

а — при небольших напорах подземных вод; б, в — при больших напорах под­ земных вод; 1 — защитная стенка; 2 — уровень подземных вод; 3 — битумная обмазка; 4 — цементный раствор или рулонный материал; 5 — рулонная изо­ ляция; б — защитныйцементныйслой;7 — бетонная подготовка; 8 — цемент­ ная стяжка; 9 — железобетонное ребристое перекрытие; 10 — железобетонная коробчатая:,конструкция

ление воды при уровне подземных вод до 0,5 м выше пола подвала компенсируется весом конструкции пола над изоляцией или пригрузочным слоем бетона, вес которого на единицу площади должен быть не менее гидростатического давления (рис. 14.15, а).

Если уровень подземных вод поднимается выше отметки пола подвала более, чем на 0,5 м, то давление воды воспринимается специальной конструкцией. Это могут быть заделанные в стены или в опоры здания железобетонные плиты, обратноребристые и безба­ лочные перекрытия* коробчатые конструкции и т. д. (рис. 14.15, б, в). При использовании коробчатых конструкций (кессонов) гидроизо­ ляция наклеивается на внутреннюю поверхность стен заглубленных помещений (внутренняя гидроизоляция). Указанные железобетон­ ные конструкции могут использоваться и как сплошные фундамент­ ные плиты для передачи части давления от сооружения на грунт.

При любом виде гидроизоляции водонепроницаемый ковер ни­ же расчетного уровня подземных вод должен быть непрерывен по всей заглубленной поверхности и устраиваться на высоту, превыша­ ющую на 0,5 м максимальную отметку уровня подземных вод.

Способ защиты подземных конструкций от коррозии выбирает­ ся в основном в зависимости от степени агрессивности подземных вод.

В слабоагрессивных водах защитой может служить глиняный замок из хорошо перемятой и плотно утрамбованной глины, кото­ рый устраивают по всей высоте защитной стенки и с боков фун­ даментов (рис. 14.16). В более агрессивных водах до устройства глиняного замка поверхность защитной стенки и фундаментов по­ крывают за два раза битумюй или полимерной мастикой. Снизу

389

счет применения более стойких к данному виду агрессивности цеме­ нтов (например, сульфатостойких цементов при сульфатной агрес­ сивности воды), а также плотных бетонов.

Глава 15

ФУНДАМЕНТЫ НА СТРУКТУРНО-НЕУСТОЙЧИВЫХ ГРУНТАХ

15.1.Общие положения

Кгруппе структурно-неустойчивых грунтов по предложе­ нию Н. А. Цьгговича обычно относят мерзлые и вечномерзлые грунты, лессовые просадочные грунты, слабые водонасыщенные

пылевато-глинистые, засоленные, заторфованные грунты. Как от­ мечалось в гл. 2, несмотря на различия в условиях образования грунтов этой группы разного вещественного состава и состояния, их объединяет общее свойство. В природном состоянии эти грунты обладают структурными связямн, которые при определенных воз­ действиях резко снижают свою прочность или полностью разруша­ ются. Дополнительные воздействия могут иметь механическую при­ роду (быстро возрастающие, динамические, вибрационные нагруз­ ки) или обусловливаться физическими процессами (повышение тем­ пературы мерзлых грунтов, обводнение лессовых или засоленных грунтов и т. п.). При разрушении природной структуры резко

390