ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДПОРНЫХ СТЕН
Дренаж подпорных стен
Проектирование подпорных стен всегда включает в себя изучение вопросов дренирования грунтового массива. Недостаточный учет в проекте фактических гидрологических условий может привести к различным негативным последствиям. Они проявляют себя уже после строительства подпорных конструкций и устройства обратной засыпки , в результате чего устранить их оказывается крайне трудно.
К таким негативным эффектам следует отнести появление барражного эффекта и рост гидростатического давления на подпорные стены. Барражный эффект (барраж) — явление поднятия уровня грунтовых вод. Барраж вызывается появлением на пути подземного потока преграды в виде заглублённого сооружения. При этом если с одной стороны сооружения (верховой) уровень грунтовых вод поднимается, то с противоположной стороны (низовой) — опускается. В результате сооружение начинает испытывать дополнительную гидростатическую нагрузку, не учтенную в проекте.
Основной мерой, направленной на предотвращение описанных явлений, служит разработка в проектной документации различных дренажных мероприятий.
Собственно дренаж предусматривается в проекте для понижения поверхности грунтовых вод. Если защищаемым объектом являются гравитационные подпорные стены набережных, то дренаж обычно не применяется — ввиду массивности конструкции и большого запаса по надежности. Также дренаж редко закладывается при проектировании подпорных стен на толстой щебёночной или каменной постели — в этом случае сама постель выполняет дренирующие функции.
Для отвода стока дренажной сети в подпорных стенах устраиваются дренажные выпуски. Сброс стока ведется в ливневую канализацию или, если это набережная, под отметку нижней кромки льда в водотоке.
Практически все дренажные системы по мере длительной эксплуатации склонны к засорению. Это происходит даже с правильно запроектированными дренажами. Причиной этому является невозможность в ряде случаев предотвратить выпадение мельчайших частиц грунта в осадок на дне труб. Именно по это причине сбросные участки дренажных систем и систем поверхностного стока не совмещаются вместе. Для очистки дренажа в проекте предусматривается возможность его ограниченного ремонта.
Конструкция дренажной линии подпорной стены в простейшем случае представляет собой грунтовую призму, которая примыкает к тыловой (засыпаемой грунтом) грани стены. По длине призмы с шагом около 5 м размещаются дренажные выпуски — трубы диаметром 200 мм. Эти трубы с выходной стороны защищаются небольшими сетками. Если в грунтовой призме укладывается дренажная перфорированная труба, то такой дренаж называется трубчатым. У трубчатого дренажа дренажные выпуски устраиваются существенно реже — только в характерных местах подпорной стены (повороты, концевые открылки и т.п.). Вокруг трубы выполняется обратный фильтр. Если в качестве материала обратной засыпки подпорной стены выступает мелкозернистый песок, то идеальным вариантом обратного фильтра может быть следующая последовательность из четырёх слоёв (начиная от наружного): среднезернистый песок (толщина 250 мм), гравелистый песок (толщина 250 мм), щебень фракции 20—40 мм (толщина 500 мм), камень крупностью 150—200 мм (толщина 500 мм). Продольный уклон дренажной трубы принимается не менее 0,002 для глинистых грунтов и 0,003 для песчаных грунтов.
Опасности строительства при высоком уровне грунтовых вод.
Высокий уровень подземных (в том числе грунтовых) вод (далее УПВ и УГВ) является опасным фактором, значительно усложняющим строительство. Степень опасности во многом зависит от грунтов основания. Вначале рассмотрим случай, когда основание двухслойное, первый слой – насыпной грунт (водоупор), второй слой – водонасыщенный песок (см. рис. 1).
Очевидно, что основанием будет служить слой ИГЭ-2 (водонасыщенные пески), т.к. передавать нагрузки на насыпной грунт категорически нельзя.
Чтобы понять, какой тип основания, и какой тип фундамента здесь применить, нужно разобраться в свойствах и особенностях поведения водонасыщенных песков.
Опасность №1. Разжижение грунтов
Разжижение грунта — процесс, в результате которого возникает потеря прочности и жесткости водонасыщенных грунтов при динамических воздействиях (землетрясениях, взрывах, вибрациях).
Вероятность разжижения грунта уменьшается по мере увеличения плотности грунта. Больше всего разжижению подвержены водонасыщенные рыхлые пески (см. табл. 1).
Важно понимать, что разжижение грунта – это не мифическая угроза, это реальная угроза, которая является причиной катастрофических разрушений. Даже если на вашем участке нет значительных сейсмических нагрузок, нужно понимать, что проблемы могут возникнуть даже от забивки свай (в основном проблемы будут у соседа) или динамики от проходящей рядом железной дороги.
Авария дамбы на реке Свирь в 20-е годы прошлого века является ярким примером разжижения песка. Разрушение произошло от динамических воздействий при взрывном дроблении пород в карьере на расстоянии 200 метров от дамбы. В результате явления разжижения песка дамба потеряла устойчивость и расплылась под углом 4 градуса к горизонту.
Таким образом, вероятность разжижения грунтов необходимо детально оценивать расчетным путем, учитывая все возможные динамические нагрузки.
Опасность №2. Переход в плывунное состояние
Плывуны – это, как правило, песчаные и супесчаные водонасыщенные грунты (часто воды напорные), переходящие в разжиженное состояние под механическим воздействием, при вскрытии котлованами и другими выработками.
Плывуны крайне опасны, передавать нагрузки на них категорически нельзя! Важно понимать, что не каждый водонасыщенный грунт является плывуном. Возможность перехода грунта в плывунное состояние должна быть установлена в процессе инженерно-геологических изысканий.
Опасность №3. Гидравлическое разрушение основания
Как известно, пески очень хорошо проводят воду, их коэффициент фильтрации может быть 100 м/сутки и более. В тоже время сцепление песков близко к нулю. Эти свойства песка в сочетании с движением подземных вод (из-за разности напоров) приводят к суффозионному выносу частиц грунта, размыву и т.д. Неконтролируемое развитие этих процессов приводит к неравномерным деформациям и даже разрушениям грунтового основания. В случае наличия напорных вод возможно непосредственное разрушение вышележащего водоупорного слоя грунта.
Таким образом, при высоком УПВ/УГВ в обязательном порядке необходимо выполнять фильтрационные расчеты и проектировать защиту от разрушения основания подземными водами.
Опасность №4. Возможность всплытия сооружения
Если подземная часть дома расположена ниже УПВ, то будет действовать архимедова сила, которая способна вытолкнуть сооружение вверх (это особенно актуально для легких домов). В случае, если устойчивость сооружения против всплытия обеспечена, то нужно учитывать при расчетах гидростатическое и гидродинамическое давление. С увеличением глубины это давление возрастает, и если в расчетах оно не учтено, то могут быть разрушения и повреждение фундаментов и подземных стен.
Опасность №5. Барражный эффект
Если подземная часть дома перекрывает естественные фильтрационные потоки, то может возникнуть барражный эффект. Данный эффект в обязательном порядке необходимо оценивать, т.к. он существенно влияет на условия работы фундаментов:
1. появляются дополнительные нагрузки;
2. происходит замачивания вышележащих грунтов;
3. вследствие 2 возникает отрицательное трение по боковой поверхности фундаментов
4. происходит подтопление территории.
В данной статье мы рассмотрели не все, но основные опасности, которые будут в случае строительства при высоком уровне грунтовых вод и песчаных грунтах основания. Строительство в таких условиях является сложным делом, требующим серьезного подхода к инженерным изысканиям и проектированию. Главным фактором безопасности здесь являются расчеты, на основании которых разрабатываются проектные решения, исключающие реализацию описанных выше опасностей.
Спасибо, что дочитали статью, надеюсь, что статья была полезна.
Не стесняйтесь поставить лайк, если статья Вам понравилась, пишите комментарии, задавайте вопросы.
Подписывайтесь на канал – постараюсь не разочаровать Вас новыми публикациями.
Барражный эффект при строительстве что это
“Барражным эффектом” называют подъем уровня подземных вод на пути фильтрационного потока перед преградой и снижения уровня за преградой. “Барражный эффект” в строительстве возникает вследствие полного или частичного перекрытия водоносного горизонта подземным сооружением. “Барражный эффект” также проявляется в повышении градиентов фильтрационного потока при обтекании преграды. В качестве преграды фильтрационному потоку часто выступает ограждающая конструкция в виде “стены в грунте”, обеспечивающая устойчивость стенок котлована и защиту котлована при строительстве здания от больших водопритоков.
Повышение уровня подземных вод может активизировать просадочные процессы, привести к возникновению гидродинамического и взвешивающего давления. Подтопление, связанное с повышением уровней, может вызвать заболачивание территории, представляет угрозу сохранности подземных технических сооружений и коммуникаций, построенных в ранее сухих грунтах.
Понижение уровней подземных вод может привести к возникновению подземной эрозии, образованию суффозионных воронок на поверхности земли, деформации сооружений и подземных коммуникаций.
На основании МГСН 2.07-01 “Основания, фундаменты и подземные сооружения г. Москва” и СП 22.13330.2016 “Основания зданий и сооружений. Актуализированная редакция СНиП 2.02.01-83*” (п. 5.4), а также требований экспертизы для количественной оценки изменения уровней подземной воды и градиентов потока, прогнозные расчеты “барражного эффекта” выполняются с использованием метода математического численного моделирования в конечных разностях.
Величина изменения уровня при “барражном эффекте” зависит от градиента фильтрационного потока и протяженности преграды, перекрывающей фильтрационный поток по его фронту. Максимальный эффект наблюдается при полном перекрытии преградой водоносного горизонта (преграда “совершенная” по гидродинамическому воздействию на фильтрационный поток). Как было показано исследованиями Бунтмана и Непомнящего, при перекрытии преградой менее 90% мощности водоносного горизонта “барражный эффект” практически не проявляется. Величина изменения уровня при “барражном эффекте” варьирует от десятков сантиметров до нескольких метров.
Основными компенсационными инженерными мероприятиями при значительной величине “барражного эффекта” являются:
- Дренажные сооружения подземных вод перед преградой;
- создание искусственных путей пропуска расхода фильтрационного потока в обход преграды.
Весьма ориентировочно величина “барражного эффекта” может быть оценена по эмпирической формуле Монахова-Пашковского:
где B – протяженность преграды, определенная перпендикулярно потоку подземных вод, м;
J – напорный градиент подземного потока до сооружения преграды.
При оценке “барражного эффекта” для подземного сооружения, проектируемого в пределах существующих зданий с глубоко залегающими фундаментами, указанная формула не может быть использована. В этом случае необходимо учитывать взаимовлияние нескольких преград фильтрационному потоку. То есть, оценка “барражного эффекта” возможна только с использованием метода математического моделирования.