Влияние подземных вод на строительство различных зданий и сооружений

§ 10. Подземные воды и их влияние на строительные свойства грунтов и на фундаменты

К подземным водам относятся все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности грунта и дна поверхностных водоемов и водотоков.

В связи с неблагоприятным воздействием подземных вод на несущую способность грунтовых оснований и материалы подземных конструкций необходимо при проектировании и строительстве фундаментов учитывать возможность изменения гидрогеологических условий площадки в процессе строительства и эксплуатации объектов. В первую очередь к этим неблагоприятным факторам относятся следующие: естественные сезонные и многолетние колебания уровня подземных вод; возможное изменение уровня подземных вод по технологическим причинам; увеличение агрессивности подземных вод по отношению к материалам подземных конструкций и возрастание коррозионной активности грунтов, обусловливаемые технологическими особенностями производства.

В грунтах содержится вода связанная, свободная, в виде пара, а при отрицательных температурах и в виде льда.

Связанная вода (гигроскопическая и пленочная) удерживается в грунте силами притяжения молекул воды к частицам грунта. Эти силы, весьма значительные на поверхности частиц грунта, быстро убывают по мере удаления от нее и на расстоянии 0,5 мкм практически уже не действуют. Первые слои молекул, прочно удерживаемые на поверхности частиц грунта, образуют гигроскопическую воду. Предельная гигроскопическая влажность, т. е. наибольшая влажность грунта, содержащего только гигроскопическую воду, доходит в песках до 1 % (по массе) и в глинах до 17%. Дальнейшее увеличение объема воды в грунте приводит к образованию пленочной воды. При увеличении толщины пленки более 0,5 мкм образуется свободная вода.

Различают два вида свободной воды: гравитационную и капиллярную. Гравитационная вода перемещается в грунте под действием силы тяжести. Обычно, когда упоминают подземные воды, имеют в виду именно гравитационную воду. Капиллярная вода поднимается по капиллярным порам грунта выше уровня гравитационной воды и удерживается там благодаря силам капиллярного натяжения. Высота подъема капиллярной воды зависит от диаметра поперечного сечения капилляров и от материала твердых частиц грунта; при малых диаметрах (порядка 0,005 мм) она достигает нескольких метров.

Содержание в порах грунта водяного пара обусловлено испарением воды. Вода в виде льда заполняет поры грунта при отрицательных температурах и образует отдельные включения, прослойки, линзы.

Рис 1.9. Условия движения гравитационной воды

Свободная гравитационная вода перемещается в грунте из зоны с большим напором (давлением) в зону с меньшим напором. Условия, при которых происходит движение гравитационной воды, показаны на рис. 1.9. На участке длиной l, см, разность напоров составляет Н1 — Н2, см, а на единице длины участка падение напора определяется выражением
i=(H1-H2)/l
Величину i называют гидравлическим градиентом.

Французский инженер А. Дарси на основе проведенных им исследований установил, что скорость v, см/с, ламинарного (происходящего параллельными струйками без завихрений) движения воды в грунте прямо пропорциональна гидравлическому градиенту i:
v=ki.

Коэффициент пропорциональности k, см/с, в формуле называется коэффициентом фильтрации. Он численно равен скорости движения воды в грунте при гидравлическом градиенте i=1.

Коэффициент фильтрации, k, см/с, являющийся характеристикой водопроницаемости грунта, имеет примерно следующие значения:
для песков. 10 -2 —10 -4
»супесей и суглинков . 10 -3 —10 -8
»глин. 10 -7 —10 -10
Грунты с коэффициентом фильтрации k 3 , проходящей в единицу времени через сечение грунта A, см (площадь пор и частиц). Скорость фильтрации не равна действительной скорости движения воды, для вычисления которой расход следует относить к части сечения грунта, занятой только порами.

Формула А. Дарси справедлива при скоростях фильтрации, не превышающих критической скорости, после которой движение подземной воды приобретает турбулентный (вихревой) характер.

Приток воды в грунт, ее сток и испарение меняются, в связи с чем не сохраняется постоянным и уровень подземных вод. На этот уровень оказывают влияние не только естественное изменение режима подземных вод, но и осуществление некоторых технических мероприятий, например, планировка территории, ее асфальтирование, устройство дренажей, ливневой канализации и т. п.

Повышение уровня подземных вод ухудшает строительные свойства грунтов: влажность грунта увеличивается, его «скелет» оказывается взвешенным в воде, силы трения и сцепления между частицами грунта уменьшаются, пористость грунтов возрастает — глинистых вследствие их набухания, а песчаных из-за взрыхления под воздействием гидродинамического давления, возникающего при быстром подъеме воды. При подъеме воды выше отметки заложения подошвы фундамента давление последнего на основание уменьшается, что может привести к сдвигу или опрокидыванию фундамента. Это обстоятельство необходимо учитывать при проектировании сооружений.

Понижение уровня подземных вод, как правило, улучшает строительные свойства грунтов. Однако если оно происходит после возведения сооружений, то связанное с ним дополнительное уплотнение грунтов может повлечь за собой неравномерные их осадки. Понижение уровня подземных вод особенно опасно при фундаментах с деревянными сваями, которые не гниют, лишь целиком находясь в воде.

При скорости движения подземной воды, превышающей критическую, фильтрационным потоком вымываются частицы грунта (сначала самые мелкие, а потом и более крупные). Постепенный вынос таких частиц приводит
к разрыхлению грунта. Это явление, называемое механической суффозией, часто наблюдается в основаниях гидротехнических сооружений, характеризуемых большими перепадами напоров воды. Механическую суффозию можно наблюдать и при разработке котлованов, бурении, осуществлении дренажа.

Подземные воды, фильтруясь через грунт и растворяя различные соли и газы, иногда приобретают способность разрушать цементные растворы (вызывать коррозию бетона). Такие воды называются агрессивными. При одном и том же составе агрессивная вода разрушает бетон тем быстрее, чем с большей скоростью она движется; наиболее опасны агрессивные воды, фильтрующиеся под напором через бетон.

Для устранения вредного действия агрессивных вод применяют специальные цементы (для бетона фундамента). При сооружении фундамента из металлических свай следует учитывать возможность коррозии металла, которая при определенном составе воды может существенно снизить несущую способность конструкции.

Источник

Подземные воды

Тел: +7 (495) 728-94-19
Тел: +7 (963) 659-59-00
Москва, Олонецкий пр. д. 4/2

выполняем работы по г. Москве
и всей Московской области

Библиотека

Грунтовые воды

Грунтовые воды
влияние подземных вод
состояния воды в грунте
Водопроницаемость грунтов
скоростью фильтрации воды
коэффициент фильтрации
капиллярность
Осушение и водопонижение
проектирование дренажа
гидрогеологический прогноз

Библиотека

ООО «Буровики»:

Контакты
Рекомендательные письма
Допуски и Лицензии
Цены и сроки, прайс лист
Написать письмо

Влияние подземных вод и влаги на заглубленные части сооружений

1 400 рублей за метр. Подробнее
Почему стоит заказать именно у нас

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

Стенты и подземные части сооружений окружены грунтом, содержащим влагу, а часто и подземными водами (зона насыщения). Наличие подземных вод и изменение их режима существенно осложняют эксплуатацию, проектирование производство работ по устройству оснований и возведению подземных частей сооружений.

Подземные воды содержащаяся в грунте, под действием капиллярных и молекулярных сил проникают в пористые материалы конструкций и поднимается в них на высоту до 6 м, чему способствует также гидростатическое и гидродинамическое давление воды. Периодическое замерзание и оттаивание воды в конструкции приводит к механическому разрушению, а наличие в воде ряда химических веществ делает ее агрессивно отношению к бетону и цементным растворам и вызывает химическое разрушение материала конструкции. Этим воздействиям особенно подвергаются цоколи и фундаменты зданий в пределах глубины промерзания.

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.

Опыт строительства и эксплуатации зданий и сооружений в Карелии и других регионах показывает, что затопление подвалов, построенных даже на первоначально «сухих» пылевато-глинистых грунтах с глубоким залеганием подземных вод, является следствием нарушения природного сложения грунтов. Высокая влажность указанных грунтов нарушенной структуры сохраняется длительное время – практически весь срок эксплуатации здания. Кроме того, в грунтовых основаниях часто встречаются линзы, прослойки и слои песка, гравия и гальки, по которым легко перемещаются потоки воды или присутствуют напорные воды. Поэтому в северо-западных регионах при проектировании и устройстве фундаментов всегда возникает проблема осушения и защиты строительной площадки и фундаментов как во время выполнения строительных работ, так и после их завершения, а также в период эксплуатации здания.

Защита загубленных частей сооружения от воздействия подземных вод.

Характер предупредительных мероприятий, направленных на борьбу указанными выше явлениями, весьма разнообразен. Он определи с одной стороны, рельефом площадки, гидрогеологическими условиями данной риторики (обводненностью), а с другой, — конструктивными характеристиками (характером застройки и типом подземных сооружений).

Мерами предупреждения от капиллярного подсоса влаги из грунта и воздействия подземных вод в общем случае могут быть:

• надлежащая организация стока поверхностных вод (инженерная подготовка территории);
• искусственное повышение планировочных отметок (подсыпка) территории;
• тщательное устройство водопроводно-канализационных коммуникаций и сооружений и правильная их эксплуатация;
• устройство защитной гидроизоляции (пассивный метод);
• устройство профилактических (систематических, головных, кольцевых, пластовых, комбинированных) дренажей (активный метод);
• применение плотного монолитного бетона со специальными пластифицирующими водоотталкивающими материалами и др.

Источник

Опасности строительства при высоком уровне грунтовых вод.

Высокий уровень подземных (в том числе грунтовых) вод (далее УПВ и УГВ) является опасным фактором, значительно усложняющим строительство. Степень опасности во многом зависит от грунтов основания. Вначале рассмотрим случай, когда основание двухслойное, первый слой – насыпной грунт (водоупор), второй слой – водонасыщенный песок (см. рис. 1).

Очевидно, что основанием будет служить слой ИГЭ-2 (водонасыщенные пески), т.к. передавать нагрузки на насыпной грунт категорически нельзя.

Чтобы понять, какой тип основания, и какой тип фундамента здесь применить, нужно разобраться в свойствах и особенностях поведения водонасыщенных песков.

Опасность №1. Разжижение грунтов

Разжижение грунта — процесс, в результате которого возникает потеря прочности и жесткости водонасыщенных грунтов при динамических воздействиях (землетрясениях, взрывах, вибрациях).

Вероятность разжижения грунта уменьшается по мере увеличения плотности грунта. Больше всего разжижению подвержены водонасыщенные рыхлые пески (см. табл. 1).

Важно понимать, что разжижение грунта – это не мифическая угроза, это реальная угроза, которая является причиной катастрофических разрушений. Даже если на вашем участке нет значительных сейсмических нагрузок, нужно понимать, что проблемы могут возникнуть даже от забивки свай (в основном проблемы будут у соседа) или динамики от проходящей рядом железной дороги.

Авария дамбы на реке Свирь в 20-е годы прошлого века является ярким примером разжижения песка. Разрушение произошло от динамических воздействий при взрывном дроблении пород в карьере на расстоянии 200 метров от дамбы. В результате явления разжижения песка дамба потеряла устойчивость и расплылась под углом 4 градуса к горизонту.

Таким образом, вероятность разжижения грунтов необходимо детально оценивать расчетным путем, учитывая все возможные динамические нагрузки.

Опасность №2. Переход в плывунное состояние

Плывуны – это, как правило, песчаные и супесчаные водонасыщенные грунты (часто воды напорные), переходящие в разжиженное состояние под механическим воздействием, при вскрытии котлованами и другими выработками.

Плывуны крайне опасны, передавать нагрузки на них категорически нельзя! Важно понимать, что не каждый водонасыщенный грунт является плывуном. Возможность перехода грунта в плывунное состояние должна быть установлена в процессе инженерно-геологических изысканий.

Опасность №3. Гидравлическое разрушение основания

Как известно, пески очень хорошо проводят воду, их коэффициент фильтрации может быть 100 м/сутки и более. В тоже время сцепление песков близко к нулю. Эти свойства песка в сочетании с движением подземных вод (из-за разности напоров) приводят к суффозионному выносу частиц грунта, размыву и т.д. Неконтролируемое развитие этих процессов приводит к неравномерным деформациям и даже разрушениям грунтового основания. В случае наличия напорных вод возможно непосредственное разрушение вышележащего водоупорного слоя грунта.

Таким образом, при высоком УПВ/УГВ в обязательном порядке необходимо выполнять фильтрационные расчеты и проектировать защиту от разрушения основания подземными водами.

Опасность №4. Возможность всплытия сооружения

Если подземная часть дома расположена ниже УПВ, то будет действовать архимедова сила, которая способна вытолкнуть сооружение вверх (это особенно актуально для легких домов). В случае, если устойчивость сооружения против всплытия обеспечена, то нужно учитывать при расчетах гидростатическое и гидродинамическое давление. С увеличением глубины это давление возрастает, и если в расчетах оно не учтено, то могут быть разрушения и повреждение фундаментов и подземных стен.

Опасность №5. Барражный эффект

Если подземная часть дома перекрывает естественные фильтрационные потоки, то может возникнуть барражный эффект. Данный эффект в обязательном порядке необходимо оценивать, т.к. он существенно влияет на условия работы фундаментов:

1. появляются дополнительные нагрузки;

2. происходит замачивания вышележащих грунтов;

3. вследствие 2 возникает отрицательное трение по боковой поверхности фундаментов

4. происходит подтопление территории.

В данной статье мы рассмотрели не все, но основные опасности, которые будут в случае строительства при высоком уровне грунтовых вод и песчаных грунтах основания. Строительство в таких условиях является сложным делом, требующим серьезного подхода к инженерным изысканиям и проектированию. Главным фактором безопасности здесь являются расчеты, на основании которых разрабатываются проектные решения, исключающие реализацию описанных выше опасностей.

Спасибо, что дочитали статью, надеюсь, что статья была полезна.

Не стесняйтесь поставить лайк, если статья Вам понравилась, пишите комментарии, задавайте вопросы.

Подписывайтесь на канал – постараюсь не разочаровать Вас новыми публикациями.

Источник