Грунтово-водные условия – способы оценки

Методы определения механических свойств грунтов

Цель нашей компании – реализация современных подходов в области научного сопровождения освоения недр Земли отраслевого значения. Инновации в инженерном обеспечении горной промышленности и изысканиях при работах, оказывающих влияния на безопасность объектов капитального строительства.

От характеристик грунтов зависит надежность и безопасность возводимых строений. Комплекс работ, направленный на изучение инженерно-геодезических параметров участка, нередко включает в себя дополнительные изыскания. При подготовке строительных проектов необходимо определить механические свойства грунтов для того, чтобы подобрать наиболее подходящие стройматериалы и выявить особенности при выполнении работ. Инженерно-геотехнические работы проводятся компаниями, которые имеют соответствующую лицензию и необходимую технику.

Какие существуют виды свойств

Свойства грунтов по разным критериям могут определяться двумя способами, которые позволяют получить наиболее достоверные результаты в достаточно короткие сроки. Основными видами свойств грунтов выступают:

• Физические.
• Механические.
• Водные.
• Химические и другие.

Каждое свойство необходимо для проведения разных работ на участке, но все они дают точное представление о характеристиках грунта. Исследование физических и механических свойств грунтов чаще всего производится при проведении инженерно-геодезических исследований.

Что входит в понятие “механические свойства”

Механические свойства грунтов включают в себя несколько параметров:

1. Упругость.
2. Разрыхляемость.
3. Прочность.
4. Просадочность.
5. Сжимаемость.

Характеристики позволяют выяснить какие нагрузки сможет выдерживать почва. Данные параметры необходимы при закладке фундамента, возведении несущих конструкций и при проектировании всех элементов, которые будут соприкасаться с грунтом. Механические свойства являются исходными данными при прогнозировании изменений в состоянии почвы. Параметры позволяют предвидеть геологические процессы, которые происходят близко к поверхности грунта.

Методы определения механических свойств

Существует два способа определения свойств грунтов – полевой и лабораторный. Хоть лабораторная методика позволяет воссоздать различные природные условия, но полевой способ дает гораздо лучшие результаты. Огромным плюсом лабораторного метода выступает возможность создание условий природных катаклизмов и увидеть как будет вести себя грунт. В обоих случаях при определении свойств используется большое количество разнообразного оборудования, позволяющего производить точные расчеты при любом составе почвы.

Лабораторный способ

Исследование грунтов в условиях лаборатории позволяет выявить множество физико-механических свойств. Преимущественно лабораторным методом определяется влажность, упругость, плотность, водопроницаемость, деформационные характеристики. Также при помощи аппаратов исследуются и другие механические свойства грунтов. Каждое исследование предполагает использование различных аппаратов. Некоторые механические свойства могут определяться совершенно по-разному при исследовании на различных аппаратах, поэтому компании, занимающиеся такими работами обязательно указывают на чем были проведены тестирования.

Полевые методы

В природных условиях исследование грунта позволяет получить наиболее точные показатели. В естественных условиях уже есть необходимая нагрузка на почву, благодаря чему нет необходимости дополнительно воссоздавать природную среду. Определение механических свойств почвы чаще всего выполняется двумя способами:

1. Штамповые испытания. Используется для определения показателей деформации. Во время изыскания вырывается шурф, в который устанавливается дамп для проведения дальнейших испытаний. Изыскания проводят для слоя почвы, на который будет воздействовать в будущем строение. При помощи домкрата на штамп подают нагрузку. Дополнительная нагрузка дается только после того, как произошла консолидация.
2. Зондирование. Зондирование разделяют на статическое и динамическое. Способ, как и штамповые изыскания, используется для определения параметров деформации. Так как исследования проводятся по-разному, то заменять их друг другом не допустимо. Зондирование проводится на гораздо большей глубине. Задавливание либо забивание конуса в грунт позволяет определить параметр сопротивления, благодаря чему определяются показатели деформации. При необходимости несколько скважин при штамповых испытаниях могут быть заменены зондированием.

При необходимости сотрудники компаний проводят опытно-фильтрационные работы, которые позволяют выявить водные свойства грунтов. Чаще всего эти изыскания относятся к характеристикам прочности. В зависимости от состава грунта под воздействием влаги он будет вести совершенно по-разному. Если подземные воды находятся на небольшой глубине, то для заказчика работ по определению механических свойств грунтов для выполнения строительных работ, данный параметр обязателен для исследования.

Водный режим почв, его типы и регулирование

Водным режимом называют всю совокупность явлений поступления влаги в почву, ее передвижения, удержания в почвенных горизонтах и расхода из почвы. Водный режим почв характеризует поступление воды в почву и расход ее из почвы на отток в грунтовые воды или другие элементы рельефа, на испарение и транспирацию. Последние два явления объединяют часто единым термином суммарное испарение (эвапотранспирация) – в связи с трудностью определения их по отдельности. Обычно водный режим характеризуют следующими параметрами: режим влажности (изменение содержания воды в почве в зависимости от погодных условий и воздействия растений) и водный баланс почв (оценка прихода и расхода воды в почвах в годовом цикле). В последнее время к этим известным параметрам прибавили характеристику гидрологического профиля и гидрологических горизонтов почв. Водный режим важен для понимания генезиса почв, их экологических функций, которые проявляются в поддержании определенного растительного покрова в данных условиях.

Водный баланс, характеризующий приход воды в почву и расход из нее количественно выражается формулой:

Во+Вос+Вгр+Вк+Впр+Вбок=В₁+Вс+Ви+Вп+Еисп+Етр

где Во запас влаги в почве в начале наблюдений; Вос – сумма осадков за период наблюдений; Вгр – количество поступившей из грунтовых вод влаги; Вк – количество конденсирующейся влаги; Впр – поверхностный приток влаги; Вбок – боковой приток почвенно-грунтовых вод; В₁ – количество влаги в почве в конце наблюдений; Вс – количество влаги бокового стока; Ви – количество инфильтрировавшейся влаги; Вп – количество влаги поверхностного стока; Еисп – количество испарившейся влаги; Етр – количество влаги на транспирацию (десукция).

Левая часть – приходные статьи, правая – расходные.

В большинстве случаев прогрессирующего иссушения или увлажнения территории не происходит и уравнение водного баланса равно нулю. Водный баланс характеризуется годовыми циклами с повторяющимися процессами поступления и расхода влаги. Отметая слабозначимые и компенсирующие составляющие баланса можно записать уравнение приближенно

Во+Вос+Вгр+Впр=В₁+Ви+Вп+Еисп+Етр

В естественных почвах водный баланс в многолетнем цикле компенсированный, т.е. расход и приход воды в годовом отрезке времени в среднем равны. Он не компенсирован лишь в ряде поливных почв, где вода может поступать в грунтовые воды и увеличивать их мощность и запас воды в почвенно-грунтовой толще, и при направленном изменении климата. Просмотреть маршруты ночных автобусов Питера вы сможете на сайте Peterburg.ru

Таким образом, водный баланс характеризует главную черту водного режима почв, его цикличность, и общий объем воды, проходящий через почву в данных условиях. Любой запас влаги, существующий в данной почве, восстанавливается через определенное время, в пределах которого расход и приход воды в конечном итоге уравнивается. Поэтому оценка водного режима почв по балансу влаги не может служить достоверной его характеристикой. Она говорит лишь об объеме воды, прошедшей через почву в течение гидрологического года.

Для ельника мшистого, расположенного в 3 км от дубо-ельника, ниже по очень пологой катене, уравнение водного баланса выглядит несколько иначе:

755 (осадки) = 323 (отток) + 88 (эвапотранспирация) + 88 (увлажнение почв после иссушения до НВ) + 236 (задержано пологом растений, потеря на смачивание деревьев и мохового яруса).

Главный итог оценки водного баланса исследованных экосистем в том, что удалось выявить количество воды, идущее на водоснабжение растен ий . Оно равно 80-120 мм в зависимости от типа парцеллы (экосистемы).

Водный баланс может быть составлен применительно к разным почвенным слоям, всей толще почвы или доопределенной глубины. Чаще всего запасы влаги, статьи расхода и прихода выражают в мм водного слоя или в м 3 /га. Содержание влаги вычисляют отдельно для каждого генетического горизонта, так как влажность и плотность сильно меняются по различным слоям почвенного профиля. Запасы воды в отдельном горизонте определяют по формуле:

В=а*ОМ*Н

где а – полевая влажность, %; ОМ – объемная масса (плотность); н – мощность горизонта, см

Для пересчета запасов воды, вычисленных в м 3 /га, в миллиметры водного слоя надо ввести коэффициент 0,1.

Запасы воды в почве, которые учитываются в течение всего вегетационного периода, позволяют судить о обеспеченности культурных растений влагой. В агрономической практике полезно учитывать общий и полезный запасы воды. Общий запас воды – суммарное количество на заданную мощность почвы, выражается уравнением:

ОЗВ = а₁*ОМ₁*Н₁+а₂*ОМ₂*Н₂+а₃*ОМ3₃*Н_3….+ а n *ОМ n *Н n

Полезный запас воды в почве – суммарное количество продуктивной, или доступной для растений влаги в толще почвогрунта.

Чтобы рассчитать полезный запас влаги в почве, нужно вычислить общий запас влаги и запас труднодоступной влаги, который рассчитывается аналогично предыдущей формуле, но вместо полевой влажности берется влажность устойчивого завядания растений. Разность дает количество полезной влаги в почве.

Для слоя 0-20см запасы более 40 мм считаются хорошими, 20-40 – удовлетворительными, менее 20 – неудовлетворительными. Для слоя 0-100см запасы более 160 мм считаются очень хорошими, 130-160 – хорошими, 90-130 – удовлетворительными, 60-90 – плохими, менее 20 – очень плохими.

Типы водного режима. Водный баланс складывается неодинаково для различных почвенно-климатических зон и отдельных участков местности. В зависимости от соотношения основных статей годового баланса может быть несколько типов водного режима.

Практически характер водного режима определяют по соотношению средних осадков и испаряемости. Испаряемость – наибольшее количество влаги, которое может испариться с открытой водной поверхности или с поверхности постоянно переувлажненной почвы в данных климатических условиях (мм). Отношение годовой суммы осадков к годовой испаряемости именуют коэффициент увлажнения (КУ). Он колеблется от 0,1 до 3 в различных природных зонах.

Тип водного режима определяет особенности перемещения веществ в почве, степень разрушения минералов и обломков горных пород в почвах, само сохранение определенных типов минералов. Так, почвы с промывным типом водного режима отмыты в большинстве случаев от растворимых солей и карбонатов. На Русской и Американской равнинах прослеживается закономерность снижения глубины залегания карбонатов на 30 см при повышении суммы годовых осадков на 100 мм. Напротив, выпотные почвы, как правило, оглеены и могут быть обогащены растворимыми солями. При этом состав солей определяется типом водного режима плакоров (водоразделов и пологих склонов). В аридной зоне – это хлориды, сульфаты и карбонаты кальция, натрия, магния, в гумидной – карбонаты кальция, соединения железа.

Водный режим определяет содержание воды в почве в течение года и отдельных его периодов, ее движение в системе грунтовые воды-почва-растение-атмосфера. Водный режим влияет на рост растений (обычно в сельскохозяйственном производстве на 1 т продукции затрачивается 1000 т и более воды).

С водным режимом связаны химический состав почв, их кислотность. Так, наиболее вероятны значения рН для верхних горизонтов (А, В) почв, обладающих промывным водным режимом, – менее 6.

Водный режим определяет судьбу загрязненных почв. Промывной режим может постепенно привести к самоочищению почв, в условиях непромывного режима загрязнение становится постоянным фактором.

Г.Н. Высоцкий выделял 4 типа водного пежима, А.А. Роде развил его учение, выделив 6 типов.

1. Мерзлотный тип. Имеет место в районах распространения вечной мерзлоты. Мерзлый слой грунта, являясь воодоупором, обуславливает наличие надмерзлотной верховодки, поэтому верхняя часть оттаявшей почвы в течение вегетационного периода насыщена водой. Почва оттаивает на глубину 1-4м. Годовой водооборот охватывает лишь почвенный слой.

2. Промывной тип (КУ > 1). Характерен для местностей, где сумма годовых осадков больше величины испаряемости. В годовом цикле водооборота нисходящие токи преобладают над восходящими. Почвенная толща ежегодно подвергается сквозному промачиванию до грунтовых вод, что приводит к интенсивному выщелачиванию продуктов почвообразования. Годовой влагооборот охватывает всю почвенную толщу. В более засушливых регионах он имеет место лишь при легком гранулометрическом составе. В таких условиях формируются почвы подзолистого типа, красноземы и желтоземы. Болотный подтип водного режима развивается при близком к поверхности залегании грунтовых вод, либо слабой водопроницаемости почвообразующих пород.

3. Периодически промывной тип (КУ= 0,8-1,2; в среднем 1) характеризуется средней многолетней сбалансированностью осадков и испаряемости. Годовой влагооборот охватывает только почвенную толщу (непромывные условия) в сухой год и весь слой до грунтовых вод (промывные условия) во влажный год. Промывание бывает раз в несколько лет. Такой водный режим характерен для серых лесных почв, черноземов выщелоченных и оподзоленных.

4. Непромывной тип водного режима (КУ менее 1) свойственен местностям, где влага осадков распределяется только в верхних горизонтах и не достигает грунтовых вод. Связь между атмосферной и грунтовой водой осуществляется через слой с очень низкой влажностью, близкой к ВЗ (мертвый слой). Обмен влагой происходит путем передвижения воды в форме пара. Такой водный режим характерен для степных почв – черноземов и каштановых, бурых полупустынных и серо-бурых пустынных почв. В указанном ряду почв уменьшается количество осадков и растет испаряемость. Коэффициент увлажнения уменьшается от 0,6 до 0,1. Годовым влагооборотом охвачена толща почвогрунтов от 4 м в степях до 1 м в пустынях. Запасы влаги, накопленные в степных почвах к весне за счет позднеосенних осадков и талой воды, интенсивно расходуются на транспирацию и физическое испарение, становясь к осени ничтожными. В полупустынной и пустынной областях без орошения земледелие невозможно. Расход влаги идет преимущественно на транспирацию, поэтому преобладают нисходящие токи влаги. Вся инфильтрующаяся влага возвращается в атмосферу.

5. Выпотной (десуктивно-выпотной) тип водного режима (КУ менее 1) проявляется в степной, особенно полупустынной и пустынной зонах при близком залегании грунтовых вод. Характерно преобладание восходящих потоков влаги в почве за счет ее подтока по капиллярам от грунтовых вод. Верхняя часть капиллярной каймы входит в почвенный слой. Почвенно-грунтовые воды аллохтонные, т.е. имеющие дополнительное грунтовое питание. Годовой водооборот охватывает всю почвенно-грунтовую толщу. При высокой минерализации грунтовых вод в почву попадают легкорастворимые соли и почва засоляется. Выпотной тип водного режима проявляется и в некоторых районах Беларуси, преимущественно на Полесье. Собственно выпотной тип наблюдается при очень близком, в пределах почвенного профиля, залегании грунтовых вод. Верхняя граница капиллярной каймы выходит на дневную поверхность. В этом случае преобладает не транспирация, а физическое испарение.

6. Иригационный тип создается при дополнительном увлажнении почвы оросительными водами. При орошении в разные периоды проявляются разные типы водного режима. В период полива имеет место промывной тип, сменяющийся непромывным и даже выпотным, то есть в почве периодически преобладают то восходящие, то нисходящие потоки влаги.

Выделяют также подтипы по источнику увлажнения:

Атмосферное с дополнительным поверхностным

Грунтово-атмосферное с дополнительным поверхностным

Атмосферное с дополнительным паводковым

Грунтово-атмосферное с дополнительным паводковым

Так, при осушении торфяных почв режим из промывного с атмосферным питанием и полным насыщением (болотный) сменяется дренажным таежным типом. Мелиорированные почвы – особые типы водного режима.

Для каждого типа почвы характерны определенные режимы влажности, т.е. смены почвенно-гидрологических условий. Принято выделять 5 классов влажности:

1) Полное насыщение – водоносный горизонт большую часть вегетационного периода находится в пределах почвенного профиля; влажность изменяется от ПВ до КВ вверху и » ПВ в нижней части профиля; капиллярная кайма находится у дневной поверхности.

2) Капиллярное насыщение – водоносный горизонт иногда в почвенном профиле; капиллярная кайма в пределах профиля; влажность – от КВ до НВ-ВРК вверху, от ПВ до КВ внизу.

3) Периодическое капиллярное насыщение – водоносный горизонт в профиле лишь после снеготаяния, бывает капиллярная кайма в профиле; влажность от КВ до ВРК вверху и от КВ до нВ внизу.

4) Сквозное наименьшее насыщение – весной почва проомачивается насквозь до НВ; нет водоносного горизонта и капиллярной каймы; влажность меняется от нВ-Вз вверху до НВ-ВРК(ВЗ) внизу.

5) Несквозное наименьшее насыщение – весной почва промачивается на некоторую глубину до НВ, ниже всегда находится слой с ВЗ; влажность в пределах НВ-ВЗ.

В дерново-подзолистых и подзолистых почвах КУ обычно 1,2-1,4; режим промывной. В апреле-июле КУ менее 1. Режим влажности обычно периодически капиллярное насыщение. Под культурными растениями, особенно многолетними травами, мощность слоя летнего иссушения – до 1м, а зерновые используют влагу до 0,6-0,7м. В 6-10% случаев бывают засухи, а 1 раз в 3 года на дерново-подзолистых почвах бывает недостаточное обеспечение растений влагой.

Регулирование водного режима – обязательное мероприятие в районах интенсивного земледелия. При этом осуществляется комплекс приемов, направленных на устранение неблагоприятных условий водоснабжения растений. Искусственно меняя приходные и расходные статьи водного баланса, можно существенно влиять на общие о полезные запасы воды в почвах и этим способствовать получению высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Регулирование водного режима основывается на учете климатических и почвенных условий, а также потребностей выращиваемых культур в воде. Для создания оптиманых условий роста и развития растений необходимо стремиться к уравниванию количества влаги, поступающей в почву, с ее расходом на транспирацию и физическое испарение, то есть созданию коэффициента увлажнения, близкого к 1.

В конкретных почвенно-климатических условиях способы регулирования водного режима имеют свои особенности. Улучшению водного режима слабодренированных территорий зоны достаточного и избыточного увлажнения способствуют планировка поверхности почвы и нивелировка микро- и мезопонижений, в которых весной и летом может наблюдаться длительный застой влаги.

На почвах с временным избыточным увлажнением для удаления избытка влаги целесообразно с осени делать гребни. Высокие гребни способствуют увеличению физического испарения, а по бороздам происходит поверхностный сток воды за пределы поля. Почвы болотного типа и минеральные заболоченные нуждаются в осушительных мелиорациях – устройстве закрытого дренажа или отводе избыточной влаги с помощью открытой сети.

Регулирование водного режима почв во влажной зоне с большим количеством годовых осадков не ограничивается осушительной направленностью. В ряде случаев даже на дерново-подзолистых почвах летом возникает недостаток влаги и потребность в дополнительном количестве воды. Эффективное средство улучшения влагообеспеченности растений в Нечерноземной зоне – двустороннее регулирование влаги, когда избыток влаги отводится с полей по дренажным трубам, а при необходимости подается на поля по тем же трубам или дождеванием.

Все приемы окультуривания почвы (создание глубокого пахотного слоя, улучшение структурного состояния, увеличение общей пористости, рыхление подпахотного горизонта) повышают ее влагоемкость и способствуют накоплению и сохранению продуктивных запасов влаги в корнеобитаемом слое.

В зоне неустойчивого увлажнения и засушливых районах регулирование водного режима направлено на максимальное накопление влаги в почве и на рациональное ее использование. Один из наиболее распространенных способов – влагозадержание снега и талых вод. Для этого используют стерню, кулисные растения, валы из снега… Для уменьшения поверхностного стока воды применяют зяблевую вспашку поперек склонов, обваловывание, прерывистое бороздование, щелевание, полосное размещение культур, ячеистую обработку почвы и др.

Исключительная роль в накоплении почвенной влаги принадлежит полезащитным лесным полосам. Предохраняя снег от сдувания в зимнее время, они способствуют увеличению запасов влаги в метровом слое почвы к началу вегетационного периода на 50-80 мм и до 120 мм в отдельные годы. Под влиянием лесных полос сокращается непродуктивное испарение влаги с поверхности почвы, что также улучшает водообеспеченность полей. Наиболее эффективны ажурные и продувные лесные полосы.

Большое значение в улучшении водного режима почв имеет введение чистых паров, особенно черных. Наибольший эффект чистого пара как агротехнического приема накопления влаги, проявляется в степной зоне и южной лесостепи.

Накоплению и сохранению влаги в почве способствуют многие агротехнические приемы. Поверхностное рыхление почвы весной или закрытие влаги боронованием позволяет избежать ненужных потерь ее в результате физического испарения. Послепосевное прикатывание почвы изменяет плотность поверхностного слоя пахотного горизонта по сравнению с остальной его массой. Создавшаяся разность плотностей почвы вызывает капиллярный подток влаги из нижележащего слоя и способствует конденсации водяных паров почвенного воздуха. В сочетании с увеличением контакта семян с почвенными частицами, все явления, связанные с прикатыванием, усиливают прорастание семян и обеспечивают потребность растений в воде ранней весной. Применение органических и минеральных удобрений способствует более экономному расходованию почвенной влаги. В овощеводстве для сохранения влаги широко используют мульчирующие материалы.

В пустынной и полупустынной зонах основной способ улучшения водного режима – орошение. Очень важным вопросом здесь является борьба с непродуктивным расходованием почвенной влаги в целях предотвращения вторичного засоления.

Заключение. Водные свойства, наряду с климатом, погодными условиями, типом экосистемы, определяют водный режим почв и, следовательно, их экологическую функцию – водоснабжение растений. Известно, что по отношению к воде все растения можно разделить на гигрофиты (обитающие в воде), гидрофиты (требующие увлажненных почвы), мезофиты (обитающие на почвах с достаточным увлажнением) и ксерофиты, произрастающие на сухих почвах. Именно в этих требованиях растений к воде скрыта основа глобальной зональности растений. Формирование разных климатических поясов с разным водным режимом почв приводит к произрастанию на этих почвах разных ассоциаций растений. Выделяют гумидный пояс (тундра и лесная зона умеренной зоны, тропические дождевые и муссонные леса, субальпийские и альпийские горные пояса, горно-лесной пояс), семиаридные зоны (степная и лесостепная, саванны в тропиках, леса и кустарниковые заросли средиземноморского типа: маквис, чапараль, буш), аридные регионы (сухие степи, полупустыни и пустыни).

Именно влажность почвы определяет разное распределение растений в пределах катены, по микрорельефу, в поймах и на плакоре (водоразделе). В пределах одного ландшафта распределение растений связано прежде всего с водным режимом почв – одной из главных их характеристик.

Предложения по оценке и учету источников увлажнения и регулированию водного режима земляного полотна автомобильных дорог

МИНИСТЕРСТВО
ТРАНС ПОРТНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА СССР

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ВСЕСОЮЗНЫЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ
СОЮЗДОР НИИ

Предложения
по оценке и учету источников увлажнения и регулированию водного режима земляного полотна автомобильных дорог

СОДЕРЖАНИЕ

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

II. РАСЧЕТНЫЙ УРОВЕНЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И МЕТОДЫ ЕГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

III. ОБЕСПЕЧЕНИЕ МОРОЗОУСТОЙЧИВОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

IV. ОСУШЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ

Приложение 1 ПРИМЕРЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСЧЕТНОГО УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД ПРИ ДОРОЖНЫХ ИЗЫСКАНИЯХ

Приложение 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСЧЕТНОЙ ГЛУБИНЫ ПРОМЕРЗАНИЯ ДОРОЖНОЙ КОНСТРУКЦИИ

Приложение 3. РАСЧЕТ ОЖИДАЕМОГО ЗИМНЕГО ВСПУЧИВАНИЯ ПРОЕЗЖЕЙ ЧАСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ (метод, предложенный И.А.Золотарем)

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящие “Предложения по оценке и учету источников увлажнения и регулированию водного режима земляного полотна автомобильных дорог” являются дальнейшим развитием изданных Министерством транспортного строительства СССР в 1965 г. “Методических указаний по проектированию морозозащитных и дренирующих слоев в основании проезжей части автомобильных дорог” и предназначаются для проектирования земляного полотна в развитие СНиП II -Д.5-62, пункта 5.16.

В “Предложениях” более подробно рассмотрены вопросы, связанные с установлением расчетного уровня подземных вод, расчетной глубины промерзания конструкции, и некоторые другие вопросы, позволяющие более обоснованно проектировать земляное полотно и дорожную одежду в различных местных условиях. Помимо этого, оказалось возможным несколько упростить отдельные расчетные номограммы, а также порядок расчета и тем самым облегчить назначение мероприятий по обеспечению морозоустойчивости и осушению дорожных конструкций.

“Предложения” разработаны сотрудниками Союздорнии и Ленинградского филиала Союздорнии: Л.А. Преферансовой ( раздел II), М.Б. Корсунским, Г.Б. Волчанским, П.Д. Россовским, В.И. Рувинским (разделы III и IV ) и И.А. Золотарем ( приложение 3). Общее редактирование осуществлено А.М. Кривисским.

Пожелания по изменению или дополнению “Предложений” просим направлять по адресу: Московская обл, Балашиха-6, Союздорнии.

Директор Союздорнии канд. техн. наук В. Михайлов

I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1. Прочность и долговечность дорожной конструкции в значительной степени определяется устойчивостью земляного полотна, зависящей от водно-теплового режима слагающих его грунтов.

Земляное полотно неизбежно подвержено всем тем сезонным воздействиям, которые обусловливался, с одной стороны, общими климатическими условиями района прохождения трассы, а с другой, – особенностями каждого участка дороги (источники увлажнения, свойства почвогрунтов и др.).

В годовом цикле водно-теплового режима земляного полотна в районах с сезонным промерзанием грунтов *) накопление влаги в грунтах начинается осенью за счет увеличения интенсивности атмосферных осадков и уменьшения испарения.

С началом промерзания грунтов земляного полотна, влагонакопление продолжается. В этот период источником его является в основном влага, перемещающаяся в замерзающий грунт снизу и с боков. В результате зимнего влагонакопления может происходить значительное разуплотнение и неравномерное пучение грунтов, нарушающее в определенных условиях целость дорожной одежды и ровность ее поверхности, так называемое морозное пучение.

Весной вода, освобождающаяся в большом количестве при оттаивании земляного полотна, насыщает разуплотненный грунт, вследствие чего резко снижается его устойчивость, и под действием повторных нагрузок от движущихся автомобилей дорожная одежда может деформироваться.

Ограничение сезонных изменений состояния грунтов некоторыми допустимыми пределами является задачей правильного проектирования земляного полотна, которое должно вестись с подробным учетом природных особенностей каждого отдельного участка дороги.

В то же время нельзя проектировать земляное полотно в отрыве от назначения конструкции дорожной одежды, ибо только строго совместное решение этих двух вопросов обеспечивает создание безусловно надежной и наряду с этим наиболее экономичной дорожной конструкции.

*) Настоящие “Предложения” не распространяются на районы многолетне-мерзлых грунтов, а также на искусственно орошаемые территории южных районов.

2. Для обеспечения устойчивости земляного полотна в районах с сезонным промерзанием грунтов необходимо ограничить величину морозного пучения до допустимой и предусмотреть быстрейший отвод от основания проезжей части воды, освобождающейся при оттаивании мерзлых грунтов. С этой целью на участках, находящихся в неблагоприятных условиях увлажнения, применяют специальные инженерные мероприятия: увеличение высоты насыпи, введение в конструкцию дородной одежды дополнительных слоев из стабильных материалов (морозозащитные слои), а в необходимых случаях устраивают дренирующие слои из фильтрующих материалов.

Эффективность, экономичность и надежность каждого инженерного мероприятия обеспечиваются соответствующими расчетами с учетом данных о климате местности, условий увлажнения поверхностными и подземными водами, а также интенсивности и глубины промерзания, свойств грунтов земляного полотна и материалов, используемых для устройства дорожкой одежды.

В связи с этим вопросам установления основных расчетных характеристик в различных местных условиях в “Предложениях” уделяется возможное при современном уровне знаний внимание.

3. По существующему дорожно-климатическому районированию территория. СССР разделена на 5 зон (п. 4 СНиП II -Д.5-62). Разделение на зоны, проведено по признакам: баланс влаги и тепла (осадки-испарение) и особенности проектирования строительства дорог.

К I дорожно-климатической зоне относится вся территория распространения многолетних мерзлых грунтов. Условия проектирования и строительства автомобильных дорог в этих районах имеют ряд особенностей, регламентированных специальными инструкциями.

II дорожно-климатическая зона выделена по признаку избыточного увлажнения: приток влаги более ее расхода. Сочетание погодно-климатических условий преимущественно равнинным рельефом местности и высоким на значительной части зоны уровнем подземных вод способствует интенсивному зимнему влагонакоплению в грунтах земляного полотна. Устойчивость земляного полотна в этой, зоне обеспечивается специальными мероприятиями по предохранению земляного полотна от недопустимого морозного пучения и устройством надежного водоотвода.

III дорожно-климатическая зона характеризуется неустойчивым (переменным) увлажнением. Погодно-климатические и природные условия в меньшей степени способствуют зимнему влагонакоплению. Мероприятия по защите земляного полотна от морозного пучения применяются реже и преимущественно в северной части. Особое значение приобретает уплотнение грунтов при возведении земляного полотна.

Для IV дорожно-климатической зоны характерно недостаточное увлажнение: приток влаги меньше ее расхода на испарение. Особенностью строительства дорог в этой зоне являются условия уплотнения грунтов при их недостаточной влажности и наличие в некоторых районах засоленных грунтов; предусматривать специальные мероприятия по ограничению морозного пучения и по осушению земляного полотна здесь, как правило, нет необходимости.

V дорожно-климатическая зона имеет свои характерные особенности: засушливый климат, широкое распространение засоленных грунтов и подвижных песков, а также искусственное орошение на значительной части зоны. Все это требует в ряде случаев специальных мероприятий для обеспечения устойчивости земляного полотна.

Горные районы с вертикальной зональностью, прибрежные районы Черного и Каспийского морей выделены в особые внезональные области.

Так как по направлению с запада на восток наблюдается уменьшение осадков и климат становится более континентальным, что вызывает увеличение скорости и глубины промерзания и уменьшение зимнего влагонакопления, предлагается разделить II, III и IV дорожно-климатические зоны примерно по Уральскому хребту (между 55 и 60° восточной долготы) на западную (более влажную) и восточную (более сухую) подзоны.

4. По характеру и степени увлажнения местность разделяется на три типа. В отличие от п.4.6 СНиП II -Д.5-62, в табл. 1 приводятся более конкретные признаки каждого типа местности.

Условия, когда влиянием подземных вод на увлажнение почвогрунтов можно пренебречь, зависят от глубины залегания уровня вольт-перед началом промерзания, характера грунтов и расчетной глубине промерзания *) земляного полотна. Ниже приводятся для разных грунтов приблизительные расстояния, которые нужно добавлять к расчетной глубине промерзания, чтобы получить так называемую “безопасную” глубину залегания подземных вод в осенний период:

глины, суглинки тяжелые и суглинки тяжелые пылеватые – 2,5 м;

суглинки легкие пылеватые, супеси пылеватые и тяжелые пылеватые – 1,5 м;

супеси легкие и легкие крупные, пески пылеватые – 1,0 м.

*) Определение расчетной глубины промерзания см. в приложении 2.

Таблица 1

Характеристика местности по условиям: увлажнения

Методические рекомендации «Методические рекомендации по определению расчетного уровня грунтовых вод при проектировании автомобильных дорог»

МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬСТВА И ЭКСПЛУАТАЦИИ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ БССР

Белорусский дорожный НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ИНСТИТУТ

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ РАСЧЕТНОГО УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ
ВОД ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ

Изложены основные положения по установлению расчетного уровня грунтовых вод для условий западных районов II и III дорожно-климатических зон СССР.

Приведена методика определения расчетного уровня грунтовых вод, позволяющая устанавливать его величину по данным разовых замеров УГВ в процессе изыскания дорог.

Предисловие

Ежегодно в весенний период на отдельных участках дорог деформируется дорожная одежда из-за недостаточной несущей способности земляного полотна.

Потеря устойчивости земляного полотна возникает в результате переувлажнения грунтов, происходящего обычно за счет капиллярного влагонакопления от близко залегающих грунтовых вод.

Требования СНиП II -Д.5-72 по возвышению низа дорожной одежды над расчетным уровнем грунтовых вод часто не выдерживаются лишь потому, что в процессе изысканий был зафиксирован фактический уровень грунтовых вод, который, как правило, ниже расчетного.

Настоящие Методические рекомендации позволят проектным организациям устанавливать расчетный уровень грунтовых вод при назначении высоты насыпи по данным изысканий.

Методические рекомендации разработаны на основе результатов исследовательских работ, проведенных сектором водно-теплового режима БелдорНИИ в 1970-1974 гг. на сети постоянно действующих наблюдательных постов, расположенных на автомобильных дорогах, находящихся в различных условиях увлажнения.

При составлении Методических рекомендаций использованы материалы многолетних наблюдений за уровнем грунтовых вод на опорной сети Белорусского геолого-гидрологического треста Управления геологии при СМ БССР.

Методические рекомендации разработаны руководителем сектора водно-теплового режима БелдорНИИ, канд. техн. наук Р.З. Порицким и младшим научным сотрудником В.Н. Корюковым.

Общие положения

1. Проектирование земляного полотна автомобильных дорог осуществляют в соответствии с положениями СНиП II -Д.5-72, Инструкции по сооружению земляного полотна автомобильных дорог (ВСН 97-63), типовых проектов сооружений на автомобильных дорогах (вып. 14-69).

Настоящие Рекомендации используют для установления расчетного уровня грунтовых вод при назначении возвышения низа дорожной одежды в западных районах II и III дорожно-климатических зон (западнее линии, соединяющей Воронеж, Орел, Смоленск, Псков).

Грунтовыми водами, оказывающими влияние на устойчивость земляного полотна, называют первый от поверхности земли водоносный слой, в котором все поры грунта заполнены водой (зона насыщения). От зоны насыщения до поверхности земли (зона аэрации) степень увлажнения грунта изменяется. Над зоной насыщения находится слой грунта, увлажненный капиллярной влагой, поднимающейся за счет сил смачивания по капиллярам грунта. Капиллярная влага гидравлически связана с грунтовой водой, поэтому высота капиллярного увлажнения грунта изменяется с изменением уровня грунтовых вод.

При проектировании земляного полотна необходимо вывести зону промерзания грунта из сферы капиллярного увлажнения за счет возвышения низа дорожной одежды над расчетным уровнем грунтовых вод.

2. На продольный профиль проектируемой дороги наносят данные фактических замеров уровня грунтовых вод в период изысканий и расчетный уровень, определенный в соответствии с настоящими Рекомендациями. Выделяют участки, на которых необходимо снизить влагонакопление в грунтах, с учетом безопасной глубины залегания грунтовых вод, при которой они не оказывают существенного влияния на увлажнение активной зоны земляного полотна (табл. 1 ).

Если низ дорожной одежды не удается возвысить над уровнем грунтовых вод на безопасную высоту, следует назначать специальные меры по осушению земляного полотна.

Безопасная глубина залегания грунтовых вод, м

Глины, суглинки тяжелые и тяжелые пылеватые

Суглинки легкие и легкие пылеватые, супеси пылеватые и тяжелые пылеватые

Супеси легкие, легкие крупные, пески пылеватые

Примечание. I , II , III – дорожно-климатические районы согласно «Указаниям по проектированию земляного полотна автомобильных дорог в Полесье» (Минск, 1973).

3. В западных районах СССР в зоне аэрации до 1,5 м четко выражены два подъема: зимне-весенний и осенний (рис. 1 ).

Рис. 1. Графики колебаний уровней грунтовых вод с различными режимами:

1 – с мощностью зоны аэрации 0,5-1,0 м; 2 – то же 1-3 м; 3 – то же свыше 5 м.

По мере увеличения мощности зоны аэрации величина осеннего подъема уровня грунтовых вод уменьшается и при Н>3 м осеннего подъема не наблюдается. В зоне аэрации до 3 м (рис. 2 ) для западных районов II и III дорожно-климатических зон характерен дополнительный зимний подъем грунтовых вод, обусловленный наличием продолжительных зимних оттепелей. Величина и продолжительность подъема грунтовых вод в период оттепелей практически равны весеннему подъему (см. рис. 2 ). Влияние подъема грунтовых вод в период оттепелей на величину увлажнения грунтов значительное. В этот период происходит интенсивное влагонакопление за счет миграции влаги от близко залегающих грунтовых вод.

На основе анализа сезонного колебания грунтовых вод для условий запада II и III дорожно-климатических зон за расчетный уровень грунтовых вод при проектировании дорог следует принимать максимальный многолетний зимне-весенний уровень, наблюдавшийся в данной местности.

Рис. 2. График колебаний уровней грунтовых вод:

1 – по материалам Белорусского геолого-гидрологического треста; 2 – по данным ВСЕГИАГЕО; 3 – по данным БелдорНИИ

Методы установления расчетного уровня грунтовых вод

4. Расчетный (максимальный) уровень грунтовых вод может быть установлен визуальными наблюдениями, методами «аналога» и математической статистики.

5. Метод визуальных наблюдений включает три способа установления расчетного уровня грунтовых вод: геоботанический; фиксацией верхней границы оглеения; наблюдениями на гидрологических постах.

Геоботанический метод основан на соответствии определенных видов растений грунтовым и гидрогеологическим условиям местности. В «Указаниях по проектированию земляного полотна автомобильных дорог в Полесье» приведена таблица распространения лесных пород в зависимости от вида грунта, характера и степени увлажнения, которой следует пользоваться в процессе изысканий. При этом необходимо учитывать, что признаками избыточного увлажнения грунтов являются оглеение и оторфовывание связных грунтов и наличие ортзандовых прослоек в песках. Этот метод используют при изысканиях для составления ТЭО.

Установить расчетный уровень грунтовых вод можно фиксацией верхней границы оглеения грунтов. По внешнему виду оглеение представляет собой отдельные, обычно вытянутые пятна различной величины, карманы, потеки сизовато-зеленовато-голубоватого цвета. Верхнюю границу оглеения фиксируют в разведочных выработках, которые размещают в соответствии с «Указаниями по инженерно-геологическим обследованиям при изысканиях автомобильных дорог» (М., Союздорпроект, 1963). В местах, где зафиксирована верховодка, за расчетный уровень грунтовых вод следует принимать поверхность земли.

6. Расчетный уровень грунтовых вод может быть установлен постоянными наблюдениями за динамикой грунтовых вод в районе строительства дороги. С этой целью на характерных участках местности организуют гидрологические посты, оборудованные специальными колодцами, в которых измеряют уровень грунтовых вод. Правила оборудования постов и методы измерения изложены в «Инструктивных указаниях по организации и производству наблюдений за режимом подземных вод» (М., 1955).

7. Расчетный уровень грунтовых вод методом «аналога» устанавливают следующим образом:

– определяют глубину залегания грунтовых вод на трассе дороги;

– по данным геолого-гидрологической службы Министерства геоло гии СССР отыскивают гидрологический пост или станцию, ведущую наблюдения за грунтовыми водами в районе изыскания дороги и находящуюся в аналогичных грунтово-гидрологических условиях;

– для гидрологического поста «аналога» выбирают данные о глубине залегания грунтовых вод в момент их определения на трассе дороги и расчетный уровень для этого поста;

– устанавливают расчетный уровень грунтовых вод по зависимости

где – расчетный уровень грунтовых вод на трассе;

– расчетный уровень грунтовых вод по данным многолетних наблюдений на гидрологическом посту;

– глубина залегания грунтовых вод, измеренная на трассе дороги;

– глубина залегания грунтовых вод на гидрологическом посту, измеренная в тот же день, что и на трассе дороги.

Если на гидрологическом посту ведутся наблюдения за грунтовыми водами более 10 лет, величину устанавливают по зависимости

, (2)

где – средний из максимальных уровней грунтовых вод за n лет наблюдений;

t – нормированное отклонение уровня грунтовых вод от среднего при заданной обеспеченности (табл. 2 ).

– среднее квадратическое отклонение;

– максимальный уровень грунтовых вод за каждый i -й год наблюдений;

n – число лет наблюдений.

Для дорог с усовершенствованными типами покрытий расчеты ведут с 5 %-ной обеспеченностью (повторяемость расчетного уровня один раз в 20 лет), для дорог с переходными типами покрытий – с 10 %-ной обеспеченностью (повторяемость – один раз в 10 лет).

Лабораторные испытания грунтов: водная вытяжка

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

Геология

Грунтовая лаборатория

Грунтовая лаборатория
Оснащенность лаборатории
Область аккредитации
Типы исследуемых грунтов
песчаные грунты
глины, суглинки, супеси
заторфованные грунты
техногенные грунты
Механические свойства грунтов
испытания грунтов на срез
компрессионные испытания
трехосное сжатие
свободное набухание
Физические свойства грунтов
гранулометрический состав
природная влажность
показатель текучести
предел пластичности
пористость, коэфф. пористости
определение плотности грунта
Химический анализ
химанализ водной вытяжки
коррозийная агрессивность

Библиотека

ООО «Буровики»:

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

Анализ водной вытяжки

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

При взаимодействии воды с почвой большая часть образующихся минеральных солей растворяется. Анализ водной вытяжки в свою очередь предоставляет все необходимые показатели о санитарном состоянии того или иного грунта и его коррозийной агрессивности. Благодаря данному виду лабораторных исследований можно определить характер и степень загрязнения грунта различными органическими веществами, а также интенсивность их минерализации и завершенность процесса самоочищения почвы.

Проводя инженерно-геологические изыскания для проектирования какого-либо строения (расчета и выбора фундамента) в обязательном порядке должен выполняться прогноз подтопляемости территории, а также анализ водной вытяжки.

В лабораторных условиях анализ водной вытяжки из грунта определяется с помощью методов, которые используются для анализа соответствующих компонентов в воде. К таким методам исследования вытяжек относятся:

• способ определения карбонатной и бикарбонатной щелочности;
• меркуриметрический способ (определения иона хлора);
• аргентометрический способ (определения иона хлора по Мору);
• трилонометрический способ (определение иона «Са2+»);
• трилонометрический способ (определение суммы ионов «Са2+», а также «Мg2+»);
• пламенно-фотометрический способ (определение ионов «Na+» , а также «К+»);
• весовой способ (определение иона «SO2-4»);
• объемный способ по Айдиняну (определение иона «SO2-4»);
• весовой способ определения всей суммы водорастворимых веществ.

Благодаря проведению анализа водной вытяжки определяется состав и количество легкорастворимых веществ почвы, а также устанавливается степень и характер засоления почвы. Также, при изучении засоленных почв, исследуется состав и содержание водорастворимых веществ и устанавливается степень и характер засоления. Почва считается засоленной, если общее количество водорастворимых веществ составляет 0,25 %.

Геологические изыскания в конечном результате должны предоставлять раскрытую информацию об исследуемом участке под застройку для решения ряда проектных задач. Для получения комплексных результатов изысканий обязательно проводится и химический анализ грунта (где учитывается анализ водной вытяжки). Данная область является специфической, поскольку требует от исполнителя достаточно объемных знаний и навыков в данной сфере, а также наличие специального оборудования, вычислительных приборов, реактивов и других технических средств. Наша организация располагает высокотехнологичной аккредитованной лабораторией, поэтому мы с легкостью выполним данный вид исследований за довольно сжатые сроки.

SGround.ru

Сайт о фундаментах, их основаниях и морозном пучении грунтов

Грунтовые воды и их влияние на грунты основания

Как грунтовые воды влияют на фундаменты?

Оглавление

1. Введение

Как уже отмечалось в других статьях, касающихся морозного пучения грунтов, близость уровня грунтовых вод к фронту промерзания имеет решающее влияние на процессы пучения. Но грунтовые воды опасны не только этим – в теплое время года замачивание так же вызывает резкое снижение показателей физико-механических свойств грунтов по сравнению с сухим или умеренно влажным состоянием. Да и для самих конструкций грунтовая вода не лучший сосед, разберемся почему.

2. Влияние грунтовых вод на свойства грунтов основания

Все связные дисперсные грунты (суглинки, глины, супеси) ухудшают свои физико-механические характеристики при увеличении влажности. При малой влажности глинистые грунты находятся в твёрдом состоянии. С ростом влажности глинистых грунтов они переходят в пластичное состояние, удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ закономерно снижаются за счет ослабления структурных связей и смазывающего действия воды на контактах частиц. При дальнейшем увеличении влажности она обычно достигает влажности на границе текучести и грунт разжижается, приобретая свойства вязкой жидкости.

[Глинистые грунты при увеличении влажности сильно снижают свои прочностные качества вплоть до перехода в жидкое состояние]

На несвязные дисперсные грунты (пески, щебенисты грунты) влажность влияет меньше, т.к. удельное сцепление в них практически отсутствует, а трение между частицами во многом обусловлено формой и характером их поверхности. Однако наличие воды в таких грунтах все же снижает внутреннее трение φ — до 20%.

[Пески и крупнообломочные грунты меньше подвержены влиянию влажности, однако и на них грунтовые воды действуют отрицательно, снижая внутреннее трение до 20%]

В твердой компоненте грунтов могут содержаться и растворимые в воде минералы: гипс, кальцит, каменная соль и др., а также органические вещества, которые под воздействием грунтовых вод растворяются ослабляя структурные связи или образуют пустоты.

Кроме того, существуют специфические грунты, которым контакт с водой противопоказан – это просадочные и набухающие грунты.

Просадочные грунты имеют крупные поры (макропоры) и низкую влажность и в сухом состоянии мало чем отличаются от обычных глинистых грунтов. Но после замачивания они быстро размокают, теряя структурные связи и под нагрузкой резко сжимаются за счет схлопывания пор — просаживаются. Иногда суммарная просадка основания при этом может быть очень велика до метра и более.

Набухающие грунты — глинистые грунты с большим содержанием гидрофильных глинистых минералов и малой влажность в природном состоянии. Поступающая в набухающие грунты влага поглащается поверхностью глинистых частиц, образуя гидратные оболочки. При первоначальном относительно близком расположении частиц, под действием гидратных оболочек они раздвигаются, вызывая увеличение объема грунта и подъем поверхности (почти как при пучении).

3. Агрессивность грунтовых вод

Большинство грунтовых вод являются агрессивной средой для стальных конструкций, то есть погруженные в них конструкции будут разрушены за сравнительно короткий срок: от 1 до 10 лет или даже быстрее.

Так же при определенном химическом составе грунтовые воды оказывают разрушающее воздействие и на бетонные и железобетонные конструкции. Грунтовые воды, способные разрушать цементные бетоны и растворы, называются агрессивными. Агрессивность их зависит от химического состава растворенных в них солей и кислот. Эти вещества попадают в воду из подземных естественных залежей или из отбросов производств. Поэтому агрессивные воды встречаются повсеместно.

Фото: Разрушение железобетонных конструкций под воздействием агрессивной среды

Агрессивность грунтовых вод по отношению к бетону оценивается по содержанию: бикарбонатной щелочности, водородного показателя pH, содержанию свободной углекислоты CO2, содержанию магнезиальных солей (в пересчете на ионы Mg), содержание едких щелочей (в пересчете на ионы K и Na) содержание сульфатов (в пересчете на ионы SO4), содержание едких щелочей (хлоридов, сульфатов, нитратов). Все эти показателю определяются в лаборатории при проведении инженерно-геологических изысканий.

Вода, даже с малым количеством вредных веществ, может оказаться опасной для бетона, так как вследствие непрерывного движения воды в грунте на бетон действуют все новые и новые частицы вредных примесей. Поэтому всегда при инженерно-геологических изысканиях следует производить химический анализ воды.

Во всякой воде имеется, хотя бы в ничтожном количестве, углекислота (СО2). Она может быть связанной (неактивной, неспособной вступать в какие-либо новые соединения) и свободной (активной). Связанная углекислота для бетона безвредна. Свободная (называемая агрессивной) углекислота вступает в реакцию с известью бетона и образует растворимые в воде соли.

В сильно загрязненной воде, при наличии в ней и свободной углекислоты (СО2), и сульфатов (S04), и хлоридов (Сl), и окиси магния (MgO), путем взаимодействия с бетоном образуются растворимые соли, и потому агрессивность воды зависит от совокупности всех этих примесей.

В сравнительно чистой воде при отсутствии хлора (Cl) и свободной углекислоты (СО2), при наличии солей магния (MgO) и натрия (NaO) в количестве, меньшем 60 мг/л, вредны растворы гипса, так как они ведут к образованию сложных солей («цементная бацилла»), которые увеличиваются в объеме и потому разрушают бетон. Весьма вредны примеси азотной и азотистой кислот и аммиака. Наоборот, кремнекислота в любом количестве безвредна.

По степени воздействия на конструкции, воды подразделяются на: неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные (СП 28.13330.2012 Защита строительных конструкций от коррозии).

Агрессивность грунтовых вод зависит не только от концентрации вредных веществ, но и от коэффициента фильтрации грунта (от скорости прохождения воды сквозь грунт).

[Агрессивное воздействие грунтовых вод зависит от способности вмещающего грунта пропускать воду (фильтровать) – чем быстрее грунт пропускает воду, тем агрессивнее она будет воздействовать на конструкции]

Для повышения устойчивости бетонов к агрессивному воздействию жидкой среды применяют; сульфатостойкие цементы; более плотные бетоны с марками по водонепроницаемости W6, W8, W10 и более; гидроизоляцию поверхностей конструкций; водопонижение (дренаж) (см. разделы 5,3, 9.3 и таблицы приложений СП 28.13330.2012).

4. Водоносные горизонты и верховодка

Часто под землёй существует несколько водоносных горизонтов: 2, 3 и более.

Вода задерживается при просачивании с поверхности над водоупорными (главным образом – тяжелыми глинистыми) грунтами и скапливается в водопроницаемых (крупнодисперсных, песчаных) слоях, которые в этом случае называются водоносными. Если водоносный слой находится под водоупорным, то вода в нижнем водоносном слое часто находится под давлением вышележащих слоев. Если в верхнем слое отрыть котлован, то вода поступит в него снизу под давлением и поднимется выше уровня, на котором она первоначально появилась.

Такие воды называются напорными, а уровень, до которого они поднимаются, – установившимся уровнем грунтовых вод. Этот уровень должен выявляться при инженерно-геологических изысканиях и учитываться при проектировании.

Верховодкой называют ограниченный по площади локальный участок водонасыщенных грунтов, расположенный над линзой водоупора (глины, промерзшие грунты). Как правило верховодка имеет небольшую площадь и толщу, залегает близко к поверхности, выше уровня грунтовых вод. Уровень воды в верховодке сильно реагирует на поступление атмосферных вод.

5. Уровень грунтовых вод

[Уровень грунтовых вод (УГВ) – глубина относительно поверхности земли или высотная отметка зеркала свободной поверхности воды в скважине или шурфе. Принимают показатель установившегося уровня, не меняющийся на протяжении как минимум 30 минут]

Наиболее точным способом определения уровня грунтовых вод является бурение скважин или откопка шурфа (небольшого котлована) до появления свободной поверхности воды («зеркала») и дальнейшее заглубление на 0,5-1,5 метра.

Уровень грунтовых вод не является горизонтальной поверхностью и обычно меняется вместе с рельефом, повторяя его в сглаженной форме – при подъеме рельефа УГВ тоже поднимается, но в меньшей степени.

При наличии на участке открытых водоемов УГВ вблизи водоема совпадает с отметкой дневной поверхности открытой воды и меняется вместе с ней, а при отдалении от водоема отличается в большую или меньшую сторону.

В течении года УГВ так же не стоит на месте и постоянно меняется. Наивысший уровень грунтовых вод в широтах с значительным скоплением снега зимой обусловлен инфильтрацией талых вод в весенний период. Второй, менее выраженный высокий уровень, приурочен к осеннему периоду дождей. Самый низкий уровень наблюдается летом и в конце зимы.

После зимнего минимума происходит резкий подъем УГВ при таянии снега. Продолжительность весеннего максимума часто не превышает 10 дней

Изменение рельефа при строительстве и планировке грунтов могут нарушать естественные процессы перераспределения и движения грунтовых вод, а, следовательно, изменять уровень грунтовых вод. Основными техногенными нарушениями являются:

• Нарушение поверхностного стока атмосферных вод – текли себе ручейки много лет по одному месту, а тут при строительстве все перекопали, участок подняли и в итоге соседний участок стал утопать в воде. Такое явление встречается достаточно часто.
• Экранирование поверхности грунта на большой площади. После этого произойдет накопление влаги под закрытым участком и повышение влажности грунтов основания.

Грунтовые воды находятся в постоянном движении, хоть это движение и медленное, и не заметное человеческому глазу, но оно непрерывно происходит как по вертикали, так и по горизонтали в сторону областей разгрузки (водоемы, низины, реки и т.д.).

6. Максимальный прогнозный (расчетный) УГВ

В качестве расчетных горизонтов грунтовых вод следует принимать их наивысшие уровни весной и осенью, а при наличии данных и в конце зимы

Если есть необходимость получить расчетный уровень грунтовых вод, то следует воспользоваться нормативной литературой. Например, «пособие к СНиП 2.05.02-85 По проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна» раздел 3.

Расчеты громоздкие и здесь я их приводить не буду. Отмечу только что при выполнении инженерно-геологических изысканий в отчетах как правило указывают о возможности изменения УГВ на величину +/- 1,0 м от полученного при изысканиях положения. Реже колебания принимают +/- 0,5 или +/- 1,5 м.

[Таким образом за расчетный уровень грунтовых вод, как правило, следует принимать уровень на 1,0 метра выше чем тот что был получен замером при изысканиях.]

7. Капиллярное поднятие грунтовых вод

[Водонасыщенными являются не только грунты ниже уровня грунтовых вод, но и некоторая толща грунтов выше него – это слой капиллярного поднятия грунтовых вод]

За толщину слоя капиллярного поднятия воды принимается расстояние от уровня подземной воды со свободной поверхностью (в скважине) до отметки, где влажность глинистого грунта не превышает влажности на границе раскатывания.

[Влажность на границе раскатывания W_Р — соответствует влажности, при которой грунт теряет пластичность и переходит в твердое состояние. Граница раскатывания качественно соответствует такому состоянию, при котором жгут, раскатанный из грунта до диаметра 3 мм начинает крошиться на кусочки до 1 см длиной.]

Толщину слоя капиллярного поднятия называют морозоопасной «каймой» над уровнем подземной воды. Эта кайма зависит от состава и сложения грунта в природных условиях, и толщина ее колеблется в пределах от 0,3 до 3,5 м в зависимости от степени дисперсности грунта.

Капиллярное поднятие воды в грунтах происходит под действием поверхностной энергии минеральных частиц грунта и, следовательно, зависит от их удельной поверхности. Например, в песках круглых и средней крупности удельная поверхность частиц сравнительно небольшая, поэтому в этих песках почти не наблюдается капиллярного поднятия воды и вследствие этого отсутствуют деформации морозного пучения (они относятся к непучинистым грунтам).

Пески мелкие и пылеватые состоят из более мелких частиц по сравнению с песком крупным, и вследствие взаимодействия удельной поверхности минеральных частиц с водой капиллярное поднятие в природных условиях наблюдается на высоту от 0,3 до 0,5 м. В супесях высота капиллярного поднятия достигает от 0,5 до 1 м, в суглинах — до 1,5 м, в глинах — до 3 м.

Скорость передвижения воды по капиллярам значительно меньше, чем скорость подъема УГВ и обычно капиллярная кайма отстает от изменений УГВ.

Не все грунтовые воды имеют естественное происхождение. При прорыве водопровода локально водонасыщенные грунты при промерзании неравномерно вспучиваются, что вызывает серьезные повреждения зданий и сооружений.

8. Искусственное снижение уровня грунтовых вод (дренаж, водопонижение)

Для многих дачников и владельцев частных домов с подвалом вопрос снижения УГВ очень наболевший. Как можно справиться с высокими грунтовыми водами? – необходимо делать дренаж.

Дренажи бывают разных видов: горизонтальная система дренажных труб, вертикальный дренаж скважинами или иглофильтрами, открытый дренаж каналами и лотками и даже создание искусственных водоемов. Отток воды бывает естественным и принудительным – с помощью насосов.

[Дренаж в строительстве – в переводе на русский язык означает удаление/отведение воды. Иногда дренажом называют удаление воды с поверхности, но чаще речь идет об отводе грунтовых вод. Можно так же заменить термином «водопонижение»]

Главное при создании дренажа (водопонижении) это чтобы было куда отводить воду – необходимо такое место куда можно на длительный срок направить воду с осушаемого участка, не навредив при этом ни соседям и их постройкам, ни экологии.

Сток дренажных вод можно направить: в водосточную канаву за границей участка (если она есть), в ближайший водоем (если он не имеет рыбохозяйственного значения), в ливневую канализацию (если она есть), в сторону понижения рельефа (при наличии, и если там нет соседей).

Вообще в большинстве случаев дренаж выполнить реально. Это большая тема, требующая отдельного разговора, поэтому перенесем ее в отдельную статью.

9. Заключение

Глинистые грунты при увеличении влажности снижают свои прочностные качества вплоть до перехода в жидкое состояние. Пески и крупнообломочные грунты меньше подвержены влиянию влажности, однако и на них грунтовые воды действуют отрицательно.

В течении года УГВ не стоит на месте и постоянно меняется. Наивысший уровень грунтовых вод чаще всего наблюдается в весенний и реже в осенний периоды. Самый низкий уровень наблюдается летом и в конце зимы.

За расчетный уровень грунтовых вод, как правило, следует принимать уровень на 1,0 метра выше чем тот что был получен замером при изысканиях. Но водонасыщенными являются не только грунты ниже уровня грунтовых вод, но и некоторая толща грунтов выше него – это слой капиллярного поднятия грунтовых вод которая может иметь мощность до 3,5 м в зависимости от типа грунта.

Большинство грунтовых вод являются агрессивной средой для стальных конструкций, и довольно часто грунтовые воды оказывают разрушающее воздействие на бетонные и железобетонные конструкции.

Вывод — высоко расположенные грунтовые воды негативно влияют на характеристики большинства грунтов основания и часто оказывают агрессивное воздействие на сами конструкции фундаментов, да и выполнение строительных работ они сильно затрудняют, поэтому желанным гостем их никак не назовешь. При проектировании и строительстве этому обстоятельству следует уделять должное внимание, возможно Вам следует предусмотреть дренаж еще на стадии проектирования фундамента.