Интересные и нужные сведения о строительных материалах и технологиях

ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ, ПРОМЕРЗАНИЕ ГРУНТОВ И СВЯЗАННЫЕ С ЭТИМ ПОВРЕЖДЕНИЯ ЗДАНИЙ

Как показывают приведенные примеры, вода, находящаяся в грунте, может оказывать агрессивное воздействие на здания и сооружения.

Воду, содержащуюся в почве, разделяют на «связанную» воду и воду, находящуюся в свободном состоянии; к первому виду относится вода, содержащаяся в порах грунта, так называемая капиллярная вода и пленочная вода, ко второму виду — грунтовые (или подземные) воды.

Под воздействием поверхностного натяжения и адгезии грунтовая вода по узким сообщающимся капиллярам почвы поднимается вверх, и чем уже эти капилляры, тем выше поднимается влага. Характеризуя вид грунта, мы оперируем таким понятием, как «высота капиллярного подъема», максимальная величина которой достигается тогда, когда между капиллярной тягой и гидростатическим давлением столба жидкости наступает равновесие.

Зона, в которой поры грунта заполнены капиллярной водой, называется замкнутой капиллярной каймой; лежащая над ней зона грунта, капилляры которого заполнены как водой, так и воздухом, называется открытой капиллярной каймой.

В той зоне грунта, где поры заполнены воздухом, вода содержится в виде пленки, обволакивающей частицы почвы; в зависимости от дальнейшего водонасыщения грунта можно говорить о капиллярной воде и грунтовых водах. Дождевая вода попадает в грунт в виде фильтрационной воды, пополняющей грунтовые воды, которые могут быть как стоячими (бассейны грунтовых вод), так и текучими (потоки грунтовых вод). Грунтовые воды оказывают на здания сооружения гидростатическое давление. Это означает, что расположенные ниже уровня грунтовых вод части зданий (подвалы) должны быть водонепроницаемыми и рассчитанными на давление напорной воды. Сжатие, испытываемое подземной частью здания от действия капиллярной воды и грунтовых вод, показано на схеме рис. 8.

Если при проектировании ожидается, что уровень грунтовых вод может оказаться выше уровня подошвы фундамента, тоьв стенах и в полу подвального этажа следует предусматривать сплошную гидроизоляцию. Информацию о гидрогеологических условиях участка строительства дают соответствуют,ие службы, занимающиеся вопросами состояния подземного хозяйства в районе предполагаемого строительства. Эти ведомства, как правило, имеют необходимые карты, на которых отмечено положение грунтовых вод, а также ожидаемые изменения их уровня в соответствии с временем года. В исключительных погодных условиях, которые могут вызвать неожиданный подъем уровня грунтовых вод, оказываются полезными такие дополнительные меры, как, например, водостойкая внутренняя изоляция или водонепроницаемый бесшовный пол и водонепроницаемая штукатурка.

Основные формы устройства гидроизоляции подвальных помещений при высоком уровне грунтовых вод показаны на рис. 9, а и 9, б.

Осуществление такого рода мероприятий требует хороших знаний в области гидроизоляционной техники, поэтому подобные работы всегда должны выполняться специалистами. Основные принципы устройства изоляции изложены в нормах DIN 4031 «Битумная изоляция сооружений от напорных вод» и в соответствующей специальной литературе 15].

Если поверхностные воды, просочившиеся в почву в виде фильтрационных вод, встречают на своем пути водонепроницаемый слой грунта, то они превращаются в меоюпластовые (или внутрипластовые) воды. Это может иметь значение для зданий и сооружений, размещаемых на склонах, когда водопроницаемый слой грунта перерезается при строительстве объекта и создается угроза для нормальной эксплуатации подвальных помещений здания, находящихся с нагорной стороны участка. В такой ситуации необходимо делать дренаж. В противном случае пластовые воды, скапливаясь за наружной стеной подвала, преграждающей им путь, могут превратиться в напорные воды, которые уже опасны для обычной гидроизоляции, рассчитанной на защитный эффект только по отношению к ненапорной грунтовой влаге.

На рис. 10 дан схематический разрез и план дренажного устройства, которое должно предусматривать сооружение контрольных (смотровых) колодцев. С помощью таких колодцев возможна регулярная промывка дренажных труб. В качестве водоприемника используется фильтрующий колодец, так как примыкание дренажей к канализационным сетям не допускается.

Прокладка дренажа вдоль здания детально рассмотрена в гл.2 («Подвалы»).

В качестве защитного мероприятия против грунтовой влаги (влаги, всасываемой материалом стен подвала, пленочной воды, капиллярной воды и ненапорной фильтрационной воды) используется гидроизоляция в соответствии с нормами DIN 4117 «Гидроизоляция зданий и сооружений от грунтовой влаги».

Таким образом, мероприятия, связанные с защитой зданий и сооружений от воздействия влаги, содержащейся в грунте, следует подразделить на: гидроизоляцию от напорных грунтовых вод (DIN 4031); гидроизоляцию от поверхностных и фильтрационных вод (DIM 4122); гидроизоляцию от грунтовой влаги (DIN 4117).

Для полноты картины дует упомянуть о вредном действии химически агрессивных вод на бетонные фундаменты. Речь идет о разрушениях, причиняемых мягкой водой, кислотами, щелочами или сульфатами. При воздействии кислот составные части цемента, например гидроокись кальция, вымываются из бетона агрессивными веществами; наиболее часто встречающиеся повреждения возникают под действием воды, содержащей углекислоту, которая постепенно разрушает структуру бетона.

При наличии грунтовых вод, содержащих сульфаты, разрушение происходит путем возникновения кристаллических новообразований, которые могут разорвать бетон. При продолжающемся воздействии сульфатов образуется опасный для бетона гидросульфоалюминат кальция (зттрингит, называемый также «цементной бациллой»), который, увеличиваясь в объеме, ускоряет разрушение фундаментов. Если проведенное исследование грунтов обнаружило наличие агрессивных грунтовых вод, то для устройства фундаментов следует применять сульфатостойкий цемент; однако при этом рекомендуется консультация специалиста. Указания по защите поверхностей стройматериалов от агрессивных воздействий даны в нормах DIN 4030 и в записках Объединения германской цементной промышленности [6]. Более точная информация о химических процессах разрушения бетона под действием агрессивных вод содержится в специальной литературе [7].

Промерзание грунтов. Непромерзающее основание здания — важнейшая предпосылка для его устойчивости. Традиционно требуемой глубины заложения фундаментов в 0,8—1,0 м часто бывает недостаточно, так что в бесподвальных частях зданий для большей надежности следует заглублять подошву фундамента до отметки —1,2 м от уровня земли. Например, зимой 1962—1963 гг. глубина промерзания почвы в земле Северный Рейн — Вестфалия достигала даже 1,5 м. Слой грунтовой насыпи на участке строительства можно принимать в расчет при определении глубины заложения фундаментов лишь в том случае, если подсыпка грунта произведена до наступления зимы.

Степень чувствительности грунта к промерзанию зависит в основном от его гранулометрического состава, причем решающую роль здесь играет наличие мелкой фракции. Особенно опасно промерзание грунтов средней связности (например, пылеватых грунтов крупной фракции). В то же время гравий и песок могут быть охарактеризованы как грунты, нечувствительные к промерзанию (с точки зрения опасности, которую могут представлять эти грунты при промерзании для сооружаемых на них объектов). В грунтах с прочными связями между частицами (например, в глине) водопроницаемость так мала, что капиллярный подъем воды к включениям льда или ледяным линзам происходит медленнее, чем процесс промерзания грунта.

Пагубные для зданий и сооружений последствия промерзания грунтовых оснований связаны с увеличением объема замерзающей воды на 9%, т. е. на Vu ее объема в жидком состоянии. Находящаяся в грунте вода в периоды длительных понижений температуры наружного воздуха ниже точки замерзания образует в чувствительных к промерзанию грунтах (например, в пылеватых и глинистых) так называемые ледяные линзы. Они представляют собой листовидные слои, состоящие из грунта и льда, которые дополнительно увеличиваются в объеме за счет кристаллизации фильтрационной воды, поступающей к линзам в кратковременные периоды оттаивания. Таким образом ледяные линзы могут постепенно утолщаться до 10 см.

Процесс образования ледяных линз в грунте, связанный с увеличением объема промерзшего грунта, может привести к неравномерному вспучиванию основания, при котором фундаменты подымаются, а при известных обстоятельствах могут даже сдвинуться относительно своего первоначального положения. Пучение грунтов может проявиться и в зданиях с подвалами, если грунт в непосредственной близости от фундаментов вынут, например в том случае, когда наружный вход в подвал при недостаточном заглублении фундаментов открывает наружному воздуху доступ к последним (рис. 11, а). При подобных обстоятельствах следует иметь в виду, что глубину заложения фундаментов наружной стены на участке наружного входа в подвал следует рассчитывать, считая не от уровня будущей отмостки, а от отметки верхней грани нижней площадки марша лестницы входа в подвал, так как в противном случае в кладке наружной стены могут образоваться трещины, являющиеся следствием возникновения слишком больших внутренних напряжений в массиве стены.

При строительстве зданий в зимних условиях мороз представляет большую опасность для незаконченного сооружения, поскольку холодный воздух через подвальные оконные проемы и через не заполненные грунтом пазухи котлована может проникнуть к грунту основания, в результате чего в грунте возникнут ледяные линзы и произойдет вспучивание грунта под фундаментами. Следствием этого могут быть трещины в стенах и нарушения бетонной стяжки пола подвала. Если же монолитное железобетонное перекрытие над подвалом было сооружено незадолго до наступления морозов, то стойки опалубки, опирающиеся на эту бетонную стяжку, могут приподняться и соответственно приподнять не набравшее прочность перекрытие таким образом, что в неармированной верхней зоне бетона появятся растягивающие напряжения, и перекрытие разрушится.

Чтобы избежать повреждений такого рода, необходимо защитить от промерзания не законченный строительством объект, утеплив подвальное перекрытие, закрыв все проемы в наружных стенах и засыпав пазухи котлована, тем самым преградив доступ холодному воздуху к фундаментам. Последняя мера связана с необходимостью предварительного выполнения вертикальной гидроизоляции. И наконец, целесообразно рекомендовать еще одно мероприятие, которое должно быть осуществлено заранее и имеет своей целью защиту здания от проникания влаги, — засыпку между фундаментами крупного гравия слоем 15—20 см, который нарушает капиллярность грунта основания и тем самым препятствует образованию ледяных линз под полом подвала.

Весна приносит с собой новые опасности для тех строек, котлованы которых были вырыты еще до наступления морозов в грунтах, несущая способность которых снижается при увеличении содержания в них влаги. В ходе оттаивания грунт достигает предела текучести; однако излишняя влага не может уйти в нижние слои грунта, которые еще не оттаяли: потеря грунтом в период оттаивания несущей способности представляет собой серьезную проблему, которая требует принятия определенных мер безопасности при строительстве в весенний период. В некоторых случаях может оказаться необходимым большее заглубление фундаментов или замена грунтов в основании здания с целью увеличения морозостойкости основания (см. подразд. 1.2.3).

При срезке грунта на участке строительства вблизи существующего здания следует не забывать, что слой остающегося грунта, который защищал бы фундаменты от промерзания, должен иметь достаточную толщину. В таких случаях перед зданием на достаточном расстоянии располагают откос, а если это невозможно, то соответственно заглубляют фундаменты здания (путем подведения новых фундаментов под существующие) в зоне срезки грунта (см. 1.3.4).

А.Грассник, В.Хольцапфель, Бездефектное строительство многоэтажных зданий. — М.: Стройиздат, 1980

Литература

Голышев А.Б., Бачинский В.Я., Полищук В.П., Железобетонные конструкции

Зайцев Ю.В., Строительные конструкции заводского изготовления

Е.Ф. Лысенко, Армоцементные конструкции

С.В. Поляков, Каменная кладка из пильных известняков

В. Ермолов, Пневматические строительные конструкции

Журавлев А.А., Вержбовский Г.Б., Еременко Н.Н., Пространственные деревянные конструкции

А.В. Калугин, Деревянные конструкции

Е.К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси

А.А. Пащенко, Теория цемента

Волков В.А., Сантехника: как все устроено и как все починить

А. Грассник, Бездефектное строительство многоэтажных зданий

Д.С. Щавелев, Гидроэнергетические установки

Д.С. Щавелев, Экономика гидротехнического и водохозяйственного строительства

Гидротехнические сооружения. Ч. I. Глухие плотины

Гидротехнические сооружения. Ч. II. Водосливные плотины

Производство гидротехнических работ

Н.П. Розанов, Гидротехнические сооружения

А. П. Юфин, Гидромеханизация

Термоэлектрические преобразователи энергии

Использование возобновляемой энергии

Бетон и железобетон, избранные статьи

Современное состояние и перспективы развития энергетики