ОСНОВАНИЯ И ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ

Актуальность фактора грунтовых вод

Грунтовые воды, залегающие в пределах строительной площадки, также являются причиной многих осложнений. Основания зданий и сооружений с грунтовыми водами всегда находятся под пристальным вниманием инженеров-геологов и геотехников, так как данный фактор всегда требуется учитывать в особом порядке при проектировании. Зачастую наличие грунтовых вод приводит к необходимости изменения типов фундаментов, к изменению методов их устройства, а значит и к увеличению стоимости строительных работ. Нельзя избежать заложения фундаментов некоторых сооружений ниже уровня грунтовых вод, например фундаментов зданий в городской плотной среде, фундаментов электростанций, насосных станций и др., но иногда такое заложение связано с непреклонностью архитектурных решений или с ошибками в определении глубины залегания грунтовых вод.

Все грунты в том или ином количестве содержат воду, что требует применения гидроизоляционных покрытий, которые не всегда выдерживают давление воды в несколько десятков сантиметров. Возникает необходимость в более сложных и дорогих, но не всегда надежных изоляционных покрытиях, накладываемых сплошным слоем на железобетонные плиты, способные противостоять действующему на них гидростатическому давлению. В связи с этими и другими соображениями целесообразно располагать основную часть фундамента выше уровня грунтовых вод. Такое решение может привести к снижению стоимости строительных работ, в противном случае предпочтительнее устройство свайных фундаментов.

Если уровень грунтовых вод может быть понижен путем устройства дренажа и отвода воды в канализационную сеть, рекомендуется использование дренажной сети с более глубоко заложенными коллекторами по краям строительной площадки. В случае малого притока воды в качестве дренажа можно применить гравийную отсыпку или, при наклонном положении участка, горизонтальные скважины, но стоимость проходки последних слишком высока.

Основания зданий и сооружений в составе которых находится глина требует особенных мер предосторожности. На первый взгляд сухой котлован может в процессе производства работ обводниться за счет поступления воды из песчаных прослоев, из трещин в грунте или чаще через недостаточно плотную обратную засыпку вокруг сооружения, в особенности если котлован проходился с открытыми (незакрепленными) откосами. Таким образом, и в случае глинистого основания дренаж может оказаться необходимым.

Откачка грунтовых вод

Если рельеф застраиваемой территории не допускает устройства самотечного дренажа, последний выводится к нескольким водосборным колодцам, вода из которых удаляется откачкой. Такое мероприятие позволяет применять более легкие гидроизоляционные покрытия, что экономически выгодно, при условии, что количество откачиваемой воды не превысит 10— 20 л/с. Емкость колодцев должна быть достаточной, чтобы в случае перерыва в подаче электроэнергии не допустить повышения уровня грунтовых вод до отметки заложения гидроизоляционного покрытия. Такое повышение опасно с точки зрения несущей способности грунта, которая при обводнении последнего может заметно снизиться.

Однако, если будет иметь место понижение грунтовых вод, это может привести к нежелательным осадкам территории и к связанному с ними образованию трещин в близрасположенных сооружениях. Осадки вызываются снижением эффективного давления в осушаемом грунте. Даже непродолжительная откачка воды из дренажных колодцев может привести к повреждению соседних зданий. Хорошо известен пример Венеции, территория которой ежегодно опускается на 1,5—5 мм из-за интенсивной эксплуатации артезианских вод промышленным комплексом в рядом расположенном городе Местре.

Понижение уровня воды может существенно отразиться на состоянии старых зданий, построенных на деревянных сваях, вызвав гниение последних. Но опасность такого явления не следует преувеличивать. Например, после постройки новой секции тепловой станции в Санкт-Петербурге началась вибрация старых турбогенераторов, что было отнесено за счет гниения деревянных свай, на которых они стояли, вызванного понижением уровня воды на территории новостройки. Однако детальное обследование показало, что сваи надежно защищены глинистыми аллювиальными отложениями и что вибрация возникла под действием негативного трения, вызванного близостью новых тяжелых котлов. Тем не менее постоянное снижение уровня грунтовых вод может привести к разрушению свай.

Агрессивность грунтовых вод

Особым вопросом является агрессивность воды. Рассмотрение химических свойств воды и влияния ее на фундаменты сооружений не является предметом данной статьи, но специалист геотехник часто имеет дело с некоторыми из этих вопросов. Прежде всего на этапе инженерных изысканий, инженер-геолог должен дать предварительное заключение о возможном распространении агрессивных вод, исходя из геологических особенностей участка. Например, присутствие пирита свидетельствует об обогащении вод сульфатами. Инженер-геолог должен также установить первопричину агрессивности воды и степень ее интенсивности. Например, агрессивность подземных вод в элювии изверженных пород относительно невелика; она может быть снижена простыми средствами (дренажем заболоченных мест, обработкой известью). Агрессивность воды в породах, содержащих пирит, остается более или менее постоянной. На территории ТЭЦ в Московской области в период постройки первой очереди станции грунтовая вода в буровой скважине по данным химических анализов содержала сульфаты в количестве до 306 мг/л. Спустя 10 лет вода из той же скважины содержала только 161,9 мг/л сульфатов. Уменьшение концентрации сернистых соединений произошло из-за усиления циркуляции воды в аллювии.

По химическому составу воды могут быть двух типов: мягкие и жесткие. Мягкие воды в свою очередь делятся на три группы: а) мягкие слабоминерализованные, б) мягкие, содержащие в растворе углекислый газ, и в) прочие кислые воды. Мягкие слабоминерализованные воды растворяют бикарбонат кальция и частично силикаты и алюминаты, содержащиеся в цементе. Во многих случаях вода агрессивна, даже при относительно малом содержании в ней СОг. Такие воды встречаются в изверженных и метаморфических породах, в которых возможность повышения минерализации воды отсутствует. Мягкие кислые воды опасны для бетонных фундаментов из-за содержания в них органических кислот. Степень кислотности или щелочности воды определяется по содержанию в ней иона водорода. Избыток водородных ионов придает воде кислотные свойства, а избыток гидроксильных ионов — щелочные. Нейтральная вода содержит одинаковое количество тех и других ионов, примерно по 10^-7 ионов обеих групп в 1 л воды при 22°С.

Отрицательный логарифм концентрации водородного иона указывает на степень кислотности воды и выражается показателем pH, значение которого может находиться в пределах от 0 до 14. В нейтральной воде рН=7, в кислой воде рН<7, а в щелочной рН>7.

Во время заложения фундаментов механического завода вблизи Петрозаводска в гнейсах грунтовые воды имели жесткость 1,46° и рН=6,28. При содержании 18,3 мг/л НСОГ и 9 мг/л SO^2-₄ вода была химически активной. По окончании строительства вода, поступающая из дренажей, характеризовалась рН=6,9.

Бетонные трубы дренажной системы вокруг санаторных зданий в Гатчинском районе (Ленинградская область) разрушились после нескольких лет эксплуатации, при этом нижняя часть их оказалась разложенной, а верхняя сохранилась. Вода, поступавшая в дренажные трубы из гранитного щебня, была атмосферной, но содержала СО₂ за счет разложения органического вещества в торфяниках.

Сильноминерализованные воды являются жесткими водами со сложным химическим составом. На северном Кавказе часто встречаются воды, содержащие сульфаты и СО₂. Сульфатные воды в соприкосновении с гидроокисью кальция выделяют гипс (CaSO₄ + 2H₂O), вызывающий разрушение в бетоне. Более серьезное воздействие оказывает кальций-алюминий сульфат, который, кристаллизуясь с 31 молекулой воды, сильно увеличивается в объеме. Кристаллы спутанно-волокнистой структуры вызывают распад бетона и превращение его в тестообразное состояние. Сульфатные воды обычно приурочены к породам, содержащим пирит или другие сернокислые соединения. Периферийные участки угольных пластов также содержат пирит и марказит; воды из этих пластов богаты сульфатами.

Вода становится агрессивной после взаимодействия с породами, содержащими вредные примеси. Например, при строительстве банка в Калининграде вода, откачиваемая из гравелистых аллювиальных отложений, содержала 154 мг/л SO^2-з, а после углубления котлована в ордовикские сланцы, содержащие включения гипса, концентрация 80^2-₃ в воде достигла 271 мг/л. Увеличение содержания сульфатов нередко наблюдается в водах, фильтрующихся через отвалы золы и шлака. В среде, богатой сернокислыми солями, предпочтительнее применять цемент с малым содержанием извести. Допустимая концентрация иона SO^2-₄ зависит от характера взаимодействия воды с бетоном. Европейскими нормами допускается содержание сульфатов в количестве 360 мг/л в водопроницаемом гравии и 600 мг/л в водонепроницаемых грунтах. Агрессивной является вода, в которой в больших количествах присутствует СО₂. К этой категории относятся и минеральные воды; известно их вредное влияние на бетон и железо. Для отвода минеральных вод требуется устройство специальных трубопроводов.

Наша организация предлагает комплексный подход с целью разработки проектов оснований и фундаментов, в том числе с учетом высокого уровня грунтовых вод.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ФУНДАМЕНТОВ

ОСНОВАНИЯ ФУНДАМЕНТОВ

Более полную информацию по разработке проектов оснований и фундаментов, по выполнению расчетов вы можете получить позвонив нам по телефону + 7 (499) 350-23-58, или оставив заявку по форме или по электронной почте.

<НАЗАД