47. Определение природных напряжений в массиве грунта

Верхние слои грунта оказывают давление на нижние, что необходимо учитывать при расчете фундаментов и подземных сооружений. Напряжение от собственного веса грунтов на глубине z от поверхности естественного рельефа для однородного слоя грунта определяется по формуле: удельный вес, h – толщина слоя.

В случае, если часть грунта находится на водоупоре, то ниже УГВ удельный вес грунта принимается с учетом взвешивающего действия воды, а напряжения на верхней границе водоупора увеличиваются на величину давления воды;

Обычно глины являются водоупором и воспринимают дополнительное давление воды: ,

48-50. Влияние подземных вод и влаги на заглубленные части сооружения.

Подземные воды являются одним из тех важнейших геологических агентов с которыми особенно часто приходится считаться строителям.

Подземная вода и влага, проникая в заглубленные части зданий и сооружений, создают в них сырость, вызывают набухание, гниение, коррозию, механическое разрушение, всплытие полов, в некоторых случаях — и затопление помещений.

Основными источниками увлажнения грунтов в природных условиях являются грунтовые воды, залегающие близко к дневной поверхности, атмосферные, эксплуатации сооружений - утечки из подземных коммуникаций, каналов и др.

В периоды выпадения обильных атмосферных осадков (осенью) и оттаивания грунтов) в обратных засыпках может формироваться «верховодка», затопляющая подвалы, а в период промерзания - наблюдаться интенсивное морозное пучение грунтов около фундаментов зданий.

Надежная защита от подземных вод - главное условие успеш­ного строительства и эксплуатации подземного сооружения. За­щита от подземных вод осуществляется тремя способами:

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

Рис. 12.16. Схема открытого водоотлива: 1— исходный уровень грунтовых вод; 2 - водосборник; 3 — насос; 4 — всасывающий трубопровод; 5 - водосборная канавка; б - противосуффозионная пригрузка откосов

Временное водопонижение вокруг котлована с помощью иглофильтровых установок лишено этих недостатков и является предпочтительным.

Рис. 12.17. Иглофильтровая установка типа ЛИУ: 1 - иглофильтр; 2 — песчано-гравийная обсыпка; 3 — глиняный тампон; 4 — всасывающий коллектор: 5 — насосный агрегат; б — напорный трубопровод; 7 — сбросной трубопровод; 8 - пониженный уровень подземных вод

Постоянное водопонижение вокруг подземных сооружений небольшой глубины (например, подвалов жилых домов) достига­ется устройством пристенного и пластового дренажей и опоясы­вающего контура дренажных труб, по углам которого устраива­ются смотровые колодцы для чистки труб (рис.12.18, а). Собирае­мая вода спускается в ливневую канализацию. При отсутствии ка­нализации дренажи теряют смысл, либо в дополнение к ним тре­буется установка откачивающего насоса.

Иногда пластовый дренаж устраивается под днищами глубо­ких сооружений для снятия напора воды и исключения всплытия сооружения (рис. 12.18, б). Подобная мера допустима в малопро­ницаемых грунтах, когда объем поступающей и откачиваемой воды будет невелик.

Пластовые и пристенные дренажи выполняются обычно в виде слоев 10... 15 см толщиной из песчано-гравийной смеси (ПГС), отсыпанных между двумя слоями геотекстиля во избежание сме­шивания ПГС с грунтом. В последние годы на рынке строймате­риалов появились синтетические и минераловолокон-ные доста­точно жесткие фильтрующие маты толщиной 3...5 см, примене­ние которых при устройстве пластовых и пристенных дренажей весьма технологично. Возможно устройство дренажа за тоннель­ной обделкой для снятия давления воды с обделки.

2) Противофильтрацнонные завесы. Противофильтрационные завесы устраиваются 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.

3) Гидроизоляция (покрытие подземного сооружения водонепроницаемым слоем). 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.

Ввиду дороговизны гидроизоляционных работ, лучше всего использовать водонепроницаемые материалы и трещиностойкие конструкции, а при агрессивных свойствах воды – устойчивые к ним материалы – добавление в бетоны кремниевой пыли (микрокремнезема), явля­ющейся отходом одного из металлургических производств, в ко­личестве 10...30% от веса цемента. При этом водопроницаемость бетона снижается в 5...25 раз и заметно возрастает 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 подзем.вод, производится отече­ственной промышленностью.

Рис.12.19. Типы гидроизоляции: а — наружная противонапорная; б —внутрен­няя противонапорная; в — гидроизоляция для защиты от капиллярной влаги; г - гидроизоляция подземного помещения: / — противонапорная изоляция; 2 - бетонная подготовка; 3 - защитная стенка; 4 — кессон; 5—противокапиллярнаяизоляция; б - наружная обделка; 7 - внутренняя обделка

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 участки наносятся на сте­ны и для защиты от повреждений при обратной засыпке огражда­ются кладкой в полкирпича, бетон. плитами или слоем набрызгбетона.

Схема "б" – внутренняя противонапорная гидроизоляция. Ус­траивается в уже существующих зданиях. При значительных на­порах необходимо устройство внутреннего железобетонного ко­рыта (кессона), упирающегося в выступы или штробы 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 порыв 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.

Схема "г" – гидроизоляция сооружения, построенного под­земным способом. Изоляцион.слой наносится на внутреннюю поверхность наружного слоя обделки, воспринимающего давле­ние грунта. Внутренний слой обделки воспринимает давление воды, передаваемое на него через слой гидроизоляции.

Гидроизоляцион. 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.рис. 12.19, 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).

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 рис. 12.19, 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.