ГЛАВА 3. УКРЕПЛЕНИЕ И УСИЛЕНИЕ ОСНОВАНИЙ
3.1. Осушение и дренаж оснований (ч. 1)
При эксплуатации зданий и сооружений часто возникает необходимость в осушении оснований или предотвращении их обводнения. Указанное во многом связано с прогрессирующим подъемом грунтовых вод на застроенных территориях. Осушение и дренаж оснований применяются самостоятельно или в комплексе с активными способами защиты от деформаций (усиление фундаментов, замена или укрепление надземных конструкций и др.).
При решении вопросов защиты оснований от воздействия грунтовых вод обычно осуществляют мероприятия, которые условно можно разбить на три группы, каждая из которых проводится с определенной целью.
Первая группа имеет цель полностью прекратить доступ воды на застроенную территорию. В этом случае устраивают нагорные канавы и кюветы, водоперехватывающие и отводящие лотки, дренажные траншеи или засыпки с отводящими дренажными трубами, противофильтрационные завесы и др. Сюда же относятся мероприятия по отводу поверхностных вод, осуществляемому путем вертикальной планировки и устройства ливневой канализации.
Вторая группа водозащитных мероприятий предназначается для отвода поступающей на территорию воды от построенных на ней сооружений. В этом случае устраивают окольцовывающие (кольцевые) дренажи в виде траншей с уложенными в них дренами, заполненных дренажным материалом, дренажные завесы с самотечным отводом воды или с принудительной откачкой, сеть откачных скважин, локальные противофильтрационные завесы и т.п.
Третья группа рассматриваемых мероприятий осуществляется для понижения уровня грунтовых вод под сооружением. В этом случае устраивают пластовый дренаж с активной откачкой, водопонизительные (поглощающие или откачные) скважины, лучевой дренаж и пр.
Сеть водоотводящих канав и лотков должна обеспечить перехват воды со своего водосборного бассейна, размеры которого, а также приток воды с каждой единицы площади определяются в процессе инженерно-геологических изысканий. Лотки и водоотводящие канавы проектируются в виде сетки, оконтуривающей здание или группу зданий и сооружений, под которыми при усилении или реконструкции их фундаментов и заглубленных помещений требуется осушение грунтов. Расчет сечения канав и лотков производится по максимальному притоку воды [36, с. 9—14], их конструкцию принимают из действующих типовых проектов. Грунтовые воды отводятся в ливневую канализацию, а при ее отсутствии — поверхностным способом (по лоткам) в ближайший водоем или пониженную часть по рельефу незастроенной территории.
При близком расположении водоносного слоя к проектному уровню понижения грунтовых вод устраивается горизонтальный дренаж в виде открытых канав, лотков, беструбных траншейных дрен, трубчатых дрен, дренажных штреков, штолен и горизонтальных скважин.
Горизонтальный дренаж выполняют однолинейным, двухлинейным и кольцевым, а также комбинированным, если он сочетается с устройством вертикальных дрен. При необходимости равномерного осушения грунтов применяют систематический дренаж, который состоит из дрен-осушителей и дрен-коллекторов, отводящих воду в водоприемник. Для осушения небольших площадок по их контуру устраивают кольцевой дренаж.
Пластовый дренаж представляет собой сплошной слой дренажного материала с углублениями — колодцами для откачки воды. Его устраивают обычно для защиты оснований вновь строящихся зданий (сооружений) до начала возведения их фундаментов или параллельно с ним. Устройство пластового дренажа под существующими зданиями сопряжено со значительными трудностями. Если этот способ является единственно возможным, то пластовый дренаж следует устраивать путем нарезки узких траншей под сооружением с постепенной заменой водонасыщенного слоя грунта, прилегающего к защищаемым от воды конструкциям, дренажным материалом. При реконструкции эксплуатируемых зданий и сооружений не рекомендуется применять пластовый дренаж ввиду сложности его устройства.
При устройстве трубчатых горизонтальных дренажей используют керамические или асбестоцементные трубы, а при глубине заложения дрен свыше 4,5 м — бетонные и железобетонные. Их укладывают в траншеи на слой щебеночной подготовки и обсыпают сначала гравием, а затем песком (по принципу обратного фильтра) и закрывают сверху хорошо уплотненным грунтом. Грунтовые воды поступают в трубы через стыковые зазоры в 10—20 мм, открытые в верхней части на две трети внутреннего диаметра по высоте (нижняя треть заделывается просмоленной паклей), или специально устраиваемые круглые или щелевые водоприемные отверстия.
Горизонтальные скважины устраивают путем забуривания их в осушаемый пласт или проходки из специальных колодцев (шахт) расходящихся скважин-лучей, в которых устанавливают фильтровальные трубы-дрены. Горизонтальные лучи могут выполняться значительной длины (до 50—100 м) поэтому водозахватная способность лучевых дренажей очень высока [37, с. 146—153]. Их применение особенно эффективно для защиты от подтопления оснований существующих зданий и сооружений.
Для отвода воды от отдельных зданий и сооружений рекомендуется применение кольцевого дренажа и дренажных завес, расчет и устройство которых практически аналогичны расчету и устройству горизонтальных дренажей. Отличие заключается лишь в том, что кольцевые дренажи представляют собой всегда замкнутые, оконтуривающие конкретное здание траншеи с уложенными в них дренами и дренажной засыпкой. Дренажные же завесы представляют собой более глубокие горизонтальные дренажи, устраиваемые в траншеях аналогично противофильтрационным завесам, только вместо противофильтрационного материала в траншею укладывается дренажный материал. Через определенные участки дренажной завесы в траншее устраиваются откачные скважины, создающие поток грунтовых вод вдоль дренажной завесы и этим препятствующие поступлению их под здание.
Вертикальный дренаж применяют при относительно глубоком залегании уровня грунтовых вод, при необходимости резкого понижения его и при значительной мощности водоносного слоя. Понижение уровня грунтовых вод должно быть таким, чтобы кривая депрессии проходила на 0,5 м ниже требуемого уровня осушения грунтов основания. Вертикальный дренаж представляет собой ряд водопоглощающих колодцев или скважин, которые устраивают с принудительной откачкой или поглощающими (при наличии в нижней части скважины водовмещающих грунтов — известняков, сухих песков и т.п.). Конструкции и методы расчета различных схем вертикального дренажа подробно описаны в работе [36, с. 61-69].
Обычно в состав вертикального дренажа входят водопонижающие скважины, располагаемые по периметру осушаемой территории, общий водовод (коллектор), объединяющий скважины, центробежные насосы и отводящие лотки. Для осмотра скважин и контроля за их работой над каждой из них устраивают смотровые колодцы. При неглубоком залегании грунтовых вод и понижении их уровня не более чем на 5—6 м применяют одноярусное водопонижение. При больших глубинах грунтовых вод применяют многоярусное водопонижение или одноярусное с глубокими фильтрами и специальными глубинными насосами. Понижать уровень грунтовой воды можно также, спуская ее в нижерасположенный водоносный слой через поглощающие колодцы.