4.4 Защита подземных и заглубленных сооружений

от грунтовых вод

Надежная защита от подземных вод – главное условие успешного строительства и эксплуатации подземного сооружения. Защита от подземных вод осуществляется тремя способами: понижением уровня подземных вод вокруг котлована или сооружения (водопонижением); устройством в грунте вокруг котлована или сооружения водонепроницаемой противофильтрационной завесы; покрытием подземного сооружения водонепроницаемым слоем (гидроизоляцие

Водопонижение. Простейшим способом временного водопонижения вокруг строительного котлована является устройство в его дне приямка для сбора атмосферных и грунтовых вод, попадающих в котлован, и откачка их из этого приямка (рисунок 4.4). Недостатками открытого водоотлива являются малое водопонижение, грязь в котловане, необходимость переноса приямка и насосов по мере углубления котлована.

Рисунок 4.4 – Схема открытого водоотлива: 1 – исходный уровень грунтовых вод; 2 – водосборник; 3 – насос; 4 – всасывающий трубопровод; 5 – водосборная канавка; 6 – противосуффозионная пригрузка откосов

Временное водопонижение вокруг котлована с помощью иглофильтровых установок лишено этих недостатков и является предпочтительным. Описание методов строительного водопонижения приводится в справочной литературе.

Общая характеристика и область применения серийно изготавливаемых иглофильтровых установок приведены в таблице 4.1.

Постоянное водопонижение вокруг подземных сооружений небольшой глубины (например, подвалов жилых домов) достигается устройством пристенного и пластового дренажей и опоясывающего контура дренажных труб (рисунок 4.5), по углам которого устраиваются смотровые колодцы для чистки труб. Собираемая вода спускается в ливневую канализацию. При отсутствии канализации дренажи теряют смысл либо в дополнение к ним требуется установка откачивающего насоса.

Т а б л и ц а 4.1 – Типы и условия применения иглофильтровых установок

Иглофильтровая установка	Область применения
Типа ЛИУ с легкими (не снабженными индивидуальными водоподъемниками) иглофильтрами и насосами, способными создавать вакуум лишь в пределах всасывающего коллектора и самого иглофильтра	Неслоистые грунты с коэффициентом фильтрации 2–50 м/сут при водопонижении на глубину 4–5 м

Иглофильтровая установка

Область применения

Типа УВВ с иглофильтрами и достаточно мощными эжекторами или вакуум-насосами, устанавливаемыми на поверхности и способными создать вакуум на наружной поверхности иглофильтров Типа ЭИ с иглофильтрами, снабженными индивидуальными эжекторными водоподъемниками, способными создать вакуум на наружной поверхности фильтра на требуемой глубине, и высоконапорными центробежными насосами Типа ЭВВУ с вакуум-концентрическими водоприемниками, эжекторными иглофильтрами с дополнительной фильтровой оболочкой, способными создать вакуум по всей высоте осушаемой толщи грунтов, и высоконапорными центробежными насосами

Практически однородные грунты с коэффициентом фильтрации 0,1–2 м/сут при водопонижении на глубину до 6–7 м и с коэффициентом фильтрации 2–5 м/сут на глубину до 6 м при расположении насосного агрегата и коллектора на поверхности То же, на глубину до 10–12 м, а при соответствующем обосновании до 20 м Переслаивающиеся водоносные и водоупорные слои при водопонижении на глубину до 20 м

Рисунок 4.5 – Пластовой дренаж: 1 – уровень подземных вод; 2 – защищаемое сооружение; 3 – пристенный дренаж; 4 – песчаный слой; 5 – защитное покрытие щебеночного слоя; 6 – песчано-гравийный или щебеночный слой; 7 – труба

Противофильтрационные завесы. Их устраивают вокруг котлованов для предотвращения фильтрации воды из окружающего массива в строительный котлован (временная завеса), фильтрации воды под гидротехническими сооружениями или попадания загрязненных вод из котлована в окружающий массив (постоянные завесы). Условием эффективности завесы является наличие на доступной глубине водоупорного слоя, в который входит нижний край завесы.

Технологически простейшим видом временной завесы является шпунтовая стена, которая не только удерживает от обрушения вертикальный откос, но и предотвращает приток воды в котлован. Совершенно непроницаемой будет льдогрунтовая стена, устраиваемая методом замораживания.

Постоянные завесы в трещиноватых скальных грунтах и в галечниках создаются методом цементации: вдоль линии завесы пробуриваются 2–3 ряда скважин, в которые нагнетается цементное молоко. В дисперсных грунтах завесы создаются способом «стена в грунте» с откопкой траншеи механизмами непрерывного действия и заполнением траншеи местной глиной. Все большее распространение при устройстве противофильтрационных завес получает струйная технология, с помощью которой удается создавать не только вертикальные, но и горизонтальные завесы под дном котлована.

Гидроизоляция. Гидроизоляция конструкций подземных сооружений производится с целью предотвращения проникновения напорной и капиллярной воды внутрь помещений, а при наличии у подземных вод агрессивности – для предохранения конструкций от разрушения.

Из-за дороговизны гидроизоляционных работ лучше всего использовать водонепроницаемые материалы и трещиностойкие конструкции, а при агрессивных свойствах воды – устойчивые к ним материалы. В этом отношении представляет интерес опыт добавления в бетоны кремниевой пыли (микрокремнезема), являющейся отходом металлургических производств, в количестве 10–30 % от веса цемента. При этом водопроницаемость бетона снижается в 5–25 раз и заметно возрастают прочность и устойчивость против агрессивных вод. Применение этой добавки позволяет строить подземные объекты вообще без гидроизоляции. Существенно важно бетонирование вести непрерывно, поскольку при укладке бетона с перерывами стыки оказываются водопроницаемыми.

Сульфатостойкий цемент, нечувствительный к наиболее агрессивной разновидности подземных вод, производится отечественной промышленностью.

До конца XIX века гидроизоляция подвалов выполнялась обычно в виде «глиняного замка» – слоя перемятой и плотно утрамбованной глины под полом и вокруг стен. В настоящее время этот метод почти не применяется из-за трудоемкости.

Современные схемы гидроизоляции изображены на рисунке 4.6.

Схема «а» – наружная противонапорная гидроизоляция. Передает давление подземных вод на ограждающие конструкции сооружения, что делает ее предпочтительной. Горизонтальный участок гидроизоляции наносится по бетонной подготовке до устройства днища сооружения. Вертикальные уча-стки наносятся на стены и для защиты от повреждений при обратной засыпке ограждаются кладкой в полкирпича, бетонными плитами или слоем набрызгбетона.

Р исунок 4.6 – Типы гидроизоляции: а – наружная противонапорная; б – внутренняя противонапорная; в – гидроизоляция для защиты от капиллярной влаги: 1 – противонапорная гидроизоляция; 2 – бетонная подготовка; 3 – защитная стенка; 4 – кессон; 5 – противокапиллярная изоляция

Схема «б» – внутренняя противонапорная гидроизоляция. Устраивается в уже существующих зданиях. При значительных напорах необходимо устройство внутреннего железобетонного корыта (кессона), упирающегося в выступы или штрабы в стенах и способного воспринять давление воды.

Схема «в» – гидроизоляция подвала от капиллярной влаги. Необходимо отметить, что эта схема принципиально непригодна для защиты от напорных вод: во-первых, при осадке фундамента неизбежен разрыв слоя гидроизоляции в месте стыка пола со стеной; во-вторых, на участке опирания стены подвала на фундаментную подушку слой гидроизоляции будет находиться под большим давлением и повредится. Основное правило строительства подземных сооружений: днище сооружений, находящееся ниже уровня подземных вод, должно воспринимать и передавать на грунт нагрузки от всех стен и колонн сооружения. Пропускать колонны сквозь днище с передачей нагрузки на собственный фундамент недопустимо.

Гидроизоляционный слой противокапиллярного назначения выполняют в виде:

– слоя материала с крупными порами (синтетический или минераловолоконный дренажный мат, слой стекловаты) для прерывания капиллярного потока, обмазки мастиками (при отсутствии значительной нагрузки на изоляционный слой со стороны грунта);

– слоя рубероида на гнилостойкой (стеклоткань, асбокартон) основе (при наличии значительной нагрузки, например при устройстве противокапиллярного слоя под стеной – см. рисунок 4.6, в).

Гидроизоляционный слой противонапорного назначения выполняется в виде:

– торкрет-штукатурного покрытия (на трещиностойких конструкциях);

– обмазки мастиками в несколько слоев с прокладкой стеклоткани или синтетических сеток (на нетрещиностойких конструкциях);

– наклеенных в несколько слоев рулонных материалов (на нетрещиностойких конструкциях);

– стальных листов 4–6 мм толщиной (для особо ответственных сооружений, в том числе нетрещиностойких) – «монтируемая гидроизоляция».

При напорах до 2–3 м, что характерно для подвалов жилых домов, пешеходных переходов, использование современных гидроизоляционных штукатурных составов и мастик с высокой адгезией позволяет выполнять внутреннюю гидроизоляцию по схеме рисунке 4.6, б без кессона с передачей водной нагрузки на ограждающие конструкции за счет адгезии.

При креплении металлогидроизоляции изнутри к стенам подземного помещения анкерами необходима проверка ее на прочность под давлением воды при обрыве двух соседних анкеров.

Кроме того, немецкой фирмой «Бауман» разработана технология, по которой мелкогофрированные листы нержавеющей стали забиваются специальными пневматическими механизмами в швы кирпичной кладки для создания противокапиллярных завес. Это дорогая, но абсолютно надежная противокапиллярная гидроизоляция с неограниченным сроком службы. Ограничением является прочность кладочного раствора: в прочный раствор листы не забиваются. Забивка проходит успешно на старых зданиях, при строительстве которых использовался известково-глинистый кладочный раствор. Для оценки возможности использования данной технологии можно предварительно забить в шов кладки молотком гвоздь длиной 10 см. Если это удастся, то можно будет забить и листы.

Известны случаи введения в стену плоских листов нержавеющей стали в предварительно пропиленные щели. Щели пропиливались тросовой пилой на полную толщину стены захватками по 2–3 м либо дисковой пилой на половину толщины стены поочередно с двух сторон.

Существует такое понятие, как «санирующая штукатурка». Подобный материал специфического назначени предлагается рядом зарубежных фирм под разными названиями (термопал, вандекс и т.п.). Это сухие смеси с минеральным вяжущим, содержащие мелкие гранулы пенополистирола или мелкозернистый разрыхлитель. Затворяются водой и образуют пористую гидрофобную штукатурку с удельным весом часто легче воды. Штукатурка отталкивает воду, но пропускает воздух и пар.

Такая штукатурка наносится на стену после устройства противокапиллярной завесы выше нее на 1–2 м слоем толщиной 1–2 см. Попавшая в стену влага свободно испаряется сквозь штукатурку.