Водопонижение — методы, технология, виды

Содержание.

• Чем опасен высокий уровень грунтовых вод
• Что такое строительное водопонижение
• В каких случаях требуется искусственное снижение УГВ
• Для чего выполняют принудительное водоотведение
• От каких условий зависит технология осушения площадки
• Этапы работ по искусственному водопонижению
• Технологическая карта снижения уровня почвенной влаги
• Поверхностное и подземное снижение уровня грунтовых вод
• Предварительный и параллельный методы снижения уровня почвенной влаги
• Осушение котлована иглофильтрами — особенности технологии
• Легкие иглофильтры и эжекторные агрегаты
• Преимущества использования иглофильтровых установок
• Ответы на популярные вопросы

Высокий уровень грунтовых вод может стать серьезным препятствием для строительных работ нулевого цикла. Разработка котлована на влажном грунте, заложение фундамента на объекте с высоким УГВ без предварительного или параллельного осушения участка чревато нарушением сроков сдачи проекта, штрафными санкциями, непредвиденными расходами.
Но, самое главное, работы на влажном грунте создают опасность для находящихся на площадке людей и даже для соседних зданий, поскольку из-за механического воздействия подземная жидкость может в любой момент подняться на поверхность и спровоцировать оползень.
Чтобы создать благоприятные и безопасные условия для закладки фундамента, а также обеспечить корректную эксплуатацию и долговечность возводимого здания, инженерных коммуникаций или очистного сооружения, на начальном этапе строительства выполняют искусственное понижение уровня грунтовых вод.

Что такое водопонижение в строительстве:

• Под водопонижением понимается комплекс инженерно-технических мероприятий, которые применяются для исключения негативного влияния почвенной жидкости на возводимый объект.
• Задача специалистов заключается в управлении подземными водоносными жилами и в стабилизации насыщенной влагой почвы.

Высокий уровень почвенной жидкости негативно влияет на прочностные характеристики фундамента и других строительных конструкций.
Чтобы предотвратить подмыв основания постройки подземной или капиллярной жидкостью в процессе ее последующей эксплуатации, необходимо выполнить гидроизоляцию железобетонного основания. А для качественной гидроизоляции в соответствии с требованиями СНиПов и ГОСТов следует предварительно осушить площадку — иначе влага все равно будет нарушать целостность фундамента, и находиться в таком здании будет попросту небезопасно.

СП водопонижение относят к основному этапу работ нулевого цикла в строительстве, без которого невозможны дальнейшие манипуляции:

• Приведем простой пример. Необходимо вырыть котлован на участке с высоким расположением почвенной жидкости. Подземная жидкость находится на глубине 2 метра — а глубина ямы, которую нужно разработать для закладки фундамента или для монтажа инженерных коммуникаций, составляет 7 метров. Если начать разработку насыщенного влагой грунта без предварительного осушения площадки, то вода очень быстро затопит участок.
• Даже если водоносные жилы располагаются ниже дна котлована, то из-за работы тяжелой техники подземная жидкость может изменить структуру почвы, разжижить ее. В таком случае земля почти наверняка просядет или произойдет обрушение откосов выработки. Также водяные каналы не позволят построить долговечное здание.

Принудительное снижение УГВ обеспечивает надежность фундамента, заложенного в зоне залегания подземных вод или в непосредственной близости от водоносных жил.

СНиП водопонижение требуют выполнять в любом из следующих случаев:

• Если опорная конструкция здания будет находиться ниже уровня почвенных вод или на расстоянии не более полуметра.
• Если подвал или цокольный этаж предполагается организовать на глубине более полутора метров в глинистой почве.
• Если неподалеку от объекта строительства находится естественный водоем.
• Если стройплощадка находится в зоне капиллярного увлажнения. Капиллярное увлажнение — попадание влаги в глубокие слои грунта с поверхности через поры из-за таяния снега или атмосферных осадков. Участок, который находится в зоне капиллярного увлажнения, должен быть тщательно осушен перед гидроизоляцией фундамента, поскольку при низких температурах такая почва может промерзать на большую глубину.

Любые современные методы водопонижения направлены на:

• Обеспечение технической безопасности на стройплощадке
• Исключение чрезмерной нагрузки на дно котлована
• Стабилизацию насыщенной влагой почвы
• Выкачку воды с затопленного участка, предназначенного для строительных работ или для укладки инженерных коммуникаций
• Предупреждение формирования опасных процессов в пластах земли

Высокий уровень грунтовых вод зачастую становится серьезным препятствием для выполнения работ в зонах умеренного климата. Принудительное отведение ГВ позволяет снизить уровень гидростатического давления подземной жидкости, чтобы защитить объект от подтопления, а также не допустить подмывания фундамента домостроения в дальнейшем — в процессе эксплуатации объекта.
Следует понимать, что грунтовый водоносный слой имеет относительно небольшую мощность. Почвенная жидкость, расположенная на первом слое от поверхности, не напорная, а движущаяся под воздействием сил гравитации.
Грунтовый водоносный горизонт неравномерно распределяет влагу, что приводит к сезонным колебаниям уровня воды. Грунтовая влага может просачиваться на более глубокие слои, подниматься в период оттепели или при интенсивных атмосферных осадках.

Именно поэтому подходы и технологии водопонижения могут отличаться для одного и того же объекта, но в разные периоды времени:

• Чтобы определить наиболее эффективный способ принудительного понижения уровня почвенной жидкости, специалисты проводят на площадке гидрогеологические исследования.
• В процессе изучения объекта определяются необходимая глубина водоотвода на текущий момент и коэффициент фильтрации почвы, то есть — показатель ее влагопроницаемости. Коэффициент фильтрации регламентируется ГОСТ 25584-2016. Данный показатель характеризует способность почвы пропускать через себя воду. Численно он равен скорости фильтрации при единичном градиенте напора. Способность почвы пропускать через себя воду зависит от ее плотности, влажности, гранулометрического состава, пористости и многих других показателей.

Расчет водопонижения выполняется по определенным формулам, в которых отображаются расстояние между водоупором и сниженным уровнем почвенной жидкости, глубина потока на уровне трубчатых водоприемников, коэффициент потерь напора и пр.
Для корректного выполнения расчетов необходимо тщательно исследовать участок. Потому принудительное снижение грунтовых вод всегда начинается с гидрогеологических изысканий — и только потом специалисты приступают к подготовке технологической карты, сметы и других документов.

Технология водопонижения зависит от:

• Общей площади, конфигурации площадки
• Глубины, на которую будет разрабатываться котлован
• Характеристик оборудования, которое будет использоваться в котловане
• Гранулометрического состава и показателя влагопроницаемости почвы
• Однородности почвы (качественно осушить переслаивающиеся породы намного сложнее, чем однородный грунт)
• Объема подлежащей выкачке воды и наличия в ней примесей
• Продолжительности проведения работ
• Наличия близлежащих зданий. Любые манипуляции с грунтом на большой глубине могут повлиять на фундамент расположенных поблизости домостроений. Поэтому, выбирая технологию принудительного снижения почвенных вод, необходимо учитывать особенности инфраструктуры участка. Также специалисты ориентируются на расположение подземных инженерных коммуникаций.
• Возможность подключения оборудования к источнику электроэнергии. Если объект расположен на удаленной от цивилизации территории, то для его осушения используют автономные дизельные мотопомпы. Они способны функционировать в условиях дефицита электричества и могут долгое время откачивать подземную жидкость без дозаправки насоса.

Основные этапы водопонижения — последовательность работ:

Изучение гидрогеологических особенностей площадки.

• Выбор технологии принудительного водоотлива, типа, мощности насосных агрегатов, размеров коллекторов и других характеристик.
• Проведение расчета по регламентированным СНиПами и ГОСТами формулам.
• Подготовка участка к водопонижению. Монтаж иглофильтров (трубчатых водоприемников) может выполняться гидравлическим способом или посредством бурения скважин — если грунт очень плотный и не размывается струей воды или стоит задача организовать снижение уровня грунтовых вод с использованием погружных насосных агренатов.
• Монтаж звеньев иглофильтровой системы: установка трубчатых водоприемников, объединение отдельных иглофильтров в сеть и подведение к коллекторам, установка насосных агрегатов на поверхности или погружение оборудования в предварительно пробуренные колодцы.
• Введение насосов в эксплуатацию, откачка подземной жидкости до заданного уровня.

В процессе водопонижения осуществляется непрерывный мониторинг гидрологических показателей участка. Задача специалистов заключается не только в обеспечении бесперебойной откачки подземной жидкости, но и в своевременной корректировке параметров — чтобы котлован оставался сухим на протяжении всего периода строительных работ.

Схема водопонижения включается в технологическую карту. Также данный документ включает следующие разделы:

• Общие требования к принудительному снижению уровня почвенной влаги, регламентированные ГОСТами и СНиПами.
• Поэтапный перечень выполнения работ по строительному водопонижению погружными трубами или скважинами — от предварительных расчетов до демонтажа комплектующих оборудования после завершения проекта.
• Описание и условия эксплуатации системы иглофильтров и насосного оборудования.
• Описание методов контроля уровня воды на участке, журнал наблюдения.
• Перечень используемого оборудования, материалов.
• Техника безопасности.

Виды водопонижения, применяющиеся на затопленных площадках или на объектах с высоким уровнем почвенных вод, принято разделять на:

• Поверхностное
• Подземное
• Комбинированное

Поверхностный способ осушения стройплощадки является наименее дорогостоящим, но подходит не для всех объектов.
Дренажную систему организуют посредством выкапывания траншей. Чтобы откосы котлована не разжижались подземной жидкостью, их перекрывают свайными стенками — шпунтовыми или сплошными. В результате вода просачивается в котлован только со стороны дна, откуда выкачивается мотопомпами. Насосы на стройплощадках работают непрерывно, что позволяет поддерживать земляную выработку сухой на протяжении всего периода укладки фундамента или проведения трубопровода.
Водосточные канавы организуют в местах скопления жидкости и вдоль фундамента постройки. По канавам поступающая из-под земли вода перетекает в специальные зумпфы. Однако со временем стенки траншей размываются, поэтому назвать такую дренажную систему нельзя назвать ни долговечной, ни надежной.
К тому же ее нельзя использовать на определенных типах грунта, при разработке глубоких котлованов, при строительстве масштабных объектов (например, промышленных сооружений или многоэтажных жилых зданий), если подземные воды характеризуются сильным напором или при неблагоприятных погодных условиях — ведь грунт в котловане может раскиснуть не только из-за поступления подземной жидкости, но и из-за весеннего паводка или из-за интенсивных атмосферных осадков.
Подземное снижение уровня почвенной жидкости предполагает предварительное бурение скважин, в которые опускают центробежные и погружные насосные установки. Таким способом можно осушить котлован большой площади, обеспечить глубинное понижение уровня почвенных вод до необходимой отметки (в том числе, на глубину более 20 метров).
Также на больших стройплощадках применяют комбинированные методы принудительного снижения уровня почвенной влаги, включающие монтаж трубчатых водоприемников, откачку жидкости скважинами, погружными насосами и открытый водоотлив.

Также виды водопонижения в строительстве разделяются на предварительное и параллельное:

• Предварительное осушение участка выполняют еще до разработки котлована. Обычно необходимость в предварительном водопонижении возникает, если необходимо осушить площадку с мощными водоносными слоями.
• Параллельное понижение ГВ выполняется одновременно с разработкой грунта и производится до закладки основания строительной конструкции.

На неоднородных пористых почвах с пустотами можно использовать пневматическое отведение ГВ или отжатие вакуумными насосами.

Технология водопонижения иглофильтрами подразумевает погружение в грунт гибких труб малого сечения:

• Диаметр иглофильтров составляет порядка 4-6 см. Внешний участок трубы перфорирован, закрыт сеткой с определенным размером ячеек. Тип сетки и диаметр отверстий зависят от гранулометрических показателей осушаемой почвы. Наконечник оснащен шаровым клапаном.
• Помимо приемников для воды, в комплектацию установки водоотведения также входят трубопровод из нескольких секций, коллектор, в который поступает откачиваемая из-под земли вода, и насосный агрегат.

Глубина, на которую погружается иглофильтр, должна быть не меньше, чем уровень расположения воды под землей.

Количество иглофильтров определяется параметрами площадки, интенсивностью притока воды и мощностью насосного оборудования.
Принудительное осушение площадки с помощью иглофильтров идеально подходит для грунтов песчаного типа, имеющих коэффициент фильтрации в пределах 2–40 метров в сутки.
Иглофильтры размещают вертикально, с шагом в один-три метра.
Если необходимая глубина понижения грунтовых вод составляет около 4–5 метров, то выполняют одноярусный монтаж трубчатых водоприемников.
Если глубина водопонижения превышает 5 метров, а также при необходимости осушения гравийного или глинистого грунта, который плохо отдает воду, иглофильтровые колонны монтируют в два яруса. Между собой секции соединяют специальными муфтами.
Насосная центробежно-вакуумная установка, которая размещается на поверхности и подсоединяется к коллектору через тройник, оснащена напорным и всасывающим шлангом. Коллектор имеет несколько заглушек с резьбой. Вниз от коллектора уходят вертикальные трубы с фильтрами, расположенные с одинаковым шагом с одной стороны узкой траншеи или по всему периметру котлована. Между вертикальной трубой и иглофильтром закрепляется муфта.

Жидкость откачивается из-под земли за счет действия насосного агрегата, который создает вакуум или разряжение. Откаченная вода поступает в коллектор и выводится за пределы площадки.
Фильтр на конце внешней секции установки ограничивает поступление воды в систему, а также защищает соединительные комплектующие и насос от попадания крупных частиц грунта. Таким образом в процессе работы насосного агрегата выкачивается только жидкость. Грунт стабилизируется, укрепляются откосы и дно котлована.

Существуют следующие способы водопонижения:

• С помощью ЛИУ — легких иглофильтровых установок
• С помощью эжекторных фильтров

Легкие установки, состоящие из иглофильтров с кольцевым и шаровым клапанами, и имеющие длину колонны не более 8,5 метров, подходят для осушения рыхлых грунтов. Обычно таким образом стабилизируют почву с коэффициентом фильтрации до 30 м/сутки.
Погружение иглофильтров может быть выполнено гидравлическим или механическим способом.
Гидравлический способ основывается на размытии грунта потоком воды. Иглофильтры погружаются в размытую почву под тяжестью собственного веса.
Плотный грунт требует предварительного бурения. Трубы с фильтром погружаются в разработанные скважины и обсыпаются песчано-гравийной смесью. Такой метод погружения называется механическим. Он является более трудоемким, но — если грунт имеет большое количество твердых минеральных включений, то его попросту нереально размыть водой.

Эжекторные иглофильтры позволяют отвести подземную жидкость на глубину до 20 метров, а также подходят для эффективного осушения грунтов, которые плохо отдают воду (имеют коэффициент фильтрации от 0,1 до 10 метров в сутки). Также данный способ подходит для участков с близко расположенным водоупором.

Работа эжекторной установки основывается на передаче энергии от одного потока воды к другому. Подземная жидкость поднимается вверх вместе с рабочей водой, которая разряжает окружающее пространство и обеспечивает откачку воды из-под земли.
Из иглофильтра вся жидкость направляется в циркуляционный резервуар.
Потоки рабочей воды поступают в систему за счет действия центробежных насосных агрегатов.

На сложных объектах — например, если нужно осушить очень большой и глубокий котлован или переслаивающиеся породы — эжекторные установки усиливают насосными агрегатами для вакуумного водопонижения.

Преимущества водопонижения иглофильтровыми установками:

• Данный способ универсален, подходит практически для любых строительных площадок. Он позволяет эффективно отводить подземную воду, сдерживать даже сильный напор грунтовой воды, осушать грунт различной плотности. Является экологически безопасным способом осушения территории, не наносит урон окружающей среде.
• Иглофильтровые колонны можно размещать с разным шагом, в один ряд или по периметру котлована, в один или в два яруса, комбинировать с другими способами принудительного водоотлива.
• Процесс водопонижения можно в любое время скорректировать, исходя из текущих показателей — чтобы повысить его эффективность или, напротив, сократить интенсивность откачки воды из грунта.

Вопрос-ответ.

Вопрос. Как делается водопонижение?
Ответ. Искусственное снижение уровня грунтовых вод может выполняться с применением трубчатых водоприемников и мотопомп, с использованием эжекторного или вакуумного насосного оборудования, а также посредством заморозки, битумизации или цементации грунта. В некоторых случаях выполняют электроосмос. Данная технология подразумевает погружение металлических стержней в землю и образование электромагнитного поля, отводящего подземную жидкость от площадки.

Вопрос. Как осушить грунтовые воды?
Ответ. Все зависит от гидрогеологических условий конкретного объекта. Можно установить иглофильтры в один ярус и откачать воду из-под земли насосом, можно использовать более сложную систему эжекторных иглофильтров или УВВ — установку вакуумного понижения подземных вод.

Вопрос. Как работает иглофильтр?
Ответ. Иглофильтр одним концом погружен в грунт, а другим подсоединен к коллектору через трубные секции. Коллектор соединен с насосом, выполняющим откачку воды.