Методы защиты от подтопления

В качестве основных средств инженерной защиты следует предусматривать обвалование, искусственное повышение поверхности территории, руслорегулирующие сооружения и сооружения по регулированию и отводу поверхностного стока, дренажные системы и отдельные дренажи и другие защитные сооружения. В качестве вспомогательных средств инженерной защиты надлежит использовать естественные свойства природных систем и их компонентов, усиливающие эффективность основных средств инженерной защиты. К последним следует относить повышение водоотводящей и дренирующей роли гидрографической сети путем расчистки русел и стариц, фитомелиорацию, агролесотехнические мероприятия и т.д

Методы защиты от подтопления делятся на две группы:

— предупредительные мероприятия (пассивные методы);

— защитные дренажи (активные методы).

Подтопление современной застройки практически неотвратимо наступает в большинстве городов, поэтому основными являются активные методы борьбы с подтоплением — применение защитных дренажей.

Предупредительные мероприятия (пассивные методы)

Предупредительные мероприятия по защите от подтопления застройки можно подразделить на 9 типов:

1) вертикальная планировка;

2) дождевая канализация;

3) гидронамыв и подсыпка территорий;

4) гидроизоляция зданий и сооружений;

5) противофильтрационные завесы («стены в грунте»);

6) предотвращение утечек из водонесущих коммуникаций;

7) профилактические дренажи сетей и сооружений;

8) сохранение естественного подземного стока;

9) вентиляция подземных частей зданий и сооружений.

Мероприятия имеют разную степень влияния на защиту от подтопления. Некоторые являются общими по территории (1-3), другие — локальными для отдельных зданий и сооружений (4-9).

Вертикальная планировка

Вертикальная планировка — это комплексное преобразование естественного или существующего рельефа территории города для размещения зданий, сооружений, дорожно-транспортных коммуникаций и организации поверхностного стока атмосферных вод. Она является основной частью инженерной подготовки территории. Рельеф с уклонами 0, 005-0, 1 на необводнённых непросадочных грунтах наиболее благоприятен для городского строительства[13]. Существенно повлиять на уменьшение подтопления города средствами вертикальной планировки нельзя. Вертикальная планировка должна быть увязана с уличной сетью, которая принимает поверхностный сток талых и дождевых вод от застройки и сбрасывает в систему дождевой канализации.

Дождевая канализация

Наружная дождевая канализация К2 предназначена для отведения поверхностных атмосферных и талых вод с городской территории и выпуска их в водоём [14]. Её проектируют по СНиП 2.04.03-85 «Канализация. Наружные сети и сооружения». Мнение о том, что развитая сеть К2 «способствует понижению горизонта грунтовых вод», не совсем верно. Сама по себе К2 не может понижать УГВ, если только она не совмещена с дренажом[15].

Гидронамыв и подсыпка территорий

Гидронамыв и подсыпку территорий применяют как средство ухода

от высокого УГВ, а также при строительстве на поймах рек, подверженных затоплению. Производят земляные работы, искусственное повышение планировочных отметок поверхности территории. Например, способом гидронамыва песчаного грунта из русла Иртыша с 1960-х годов была образована Иртышская набережная г. Омска площадью более 150 га, где теперь расположены три жилых микрорайона. Правда, через 30 лет эта территория всё равно стала сезонно подтапливаться грунтовыми водами. Это произошло из-за отсутствия защитных дренажей, которые следовало бы заложить тогда же. Таким образом, гидронамыв и подсыпка территорий сами по себе не гарантируют от подтопления.

Гидроизоляция зданий и сооружений

Гидроизоляция зданий и сооружений является альтернативой другим способам защиты от подтопления. В отличие от предыдущих, это локальное мероприятие для отдельного здания или сооружения. Она подразделяется на два класса: противофильтрационная и антикоррозионная.

Для защиты от подтопления наибольший интерес представляет противофильтрационная гидроизоляция, которую можно классифицировать:

— по способу устройства;

— материалу;

— конструкции.

По способу устройства гидроизоляция делится на окрасочную, штукатурную, оклеечную, литую, пропиточную, инъекционную, засыпную и

монтируемую.

По материалу гидроизоляция подразделяется на битумную, минеральную (цементы, глины), полимерную и металлическую (чаще всего из стальных листов, соединяемых электросваркой).

По конструкции гидроизоляцию выполняют по наружной поверхности стены (широко распространена) или по внутренней. В последнем случае гидроизоляция работает «на отрыв» (закрепляют анкерами).

Окрасочная (противокапиллярная) гидроизоляция не защищает от подтопления. Она предназначена не пускать капиллярную влагу из грунта в

подземные конструкции. Наиболее распространена окраска горячей битумной мастикой в два слоя толщиной около 2 мм по вертикальным наружным поверхностям подвальных стен, соприкасающихся с грунтом. В

условиях подтопления применение такой гидроизоляции не эффективно.

Штукатурную гидроизоляцию чаще всего применяют в виде торкрет-

бетона толщиной до 2 см по вертикальным железобетонным конструкциям. Она может держать напор воды. Для её устройства на расстоянии около метра от стены ставят цемент-пушку, которая делает высокоскоростной набрызг жёсткого цементного раствора. Например, таким способом в 1979 году была устроена гидроизоляция стен высотой 3 метра железобетонной подземной чаши градирни ТЭЦ-5 в Омске.

Оклеечную гидроизоляцию устраивают наклейкой горячим битумом

рулонного материала (рубероида, толя и др.) в 3-4 слоя по вертикальным

и горизонтальным поверхностям с обязательным устройством соответственно прижимной стенки в полкирпича или стяжки из цементно-песчаного раствора и балластной пригрузки. Держит напор до 2 метров водяного столба. Весьма склонна к трещинообразованию.

Литую гидроизоляцию выполняют по горизонтальным поверхностям из асфальтовых мастик. Выдерживает напор не более 1 метра. Отличается дороговизной.

Пропиточная гидроизоляция — это пропитка битумом или полимерными смолами железобетонных плит, блоков, панелей в заводских условиях. Это в основном антикоррозионное мероприятие. Инъекционная гидроизоляция предназначена для ремонта существующей гидроизоляции. Её можно применять в двух разновидностях: инъекция в грунт и инъекция в конструкцию. Для инъекции применяют жидкое стекло, полимерные смолы или расширяющийся цементный раствор. Вероятность положительного эффекта ремонта невысокая, 50 на 50 %.

Монтируемую гидроизоляцию собирают из металлических или пластмассовых листов, которые крепятся к стенам с помощью монтажных связей. Швы герметизируют сваркой. Это дорогостоящая гидроизоляция.

Засыпная гидроизоляция — это заполнение полостей или траншей гидрофобным материалом. Самое недорогое мероприятие — устройство глинистого экрана толщиной не менее 0, 5 метра. Глина должна быть водо-

упорной, влажной. От сырости такая гидроизоляция не защитит.

Недостатком большинства гидроизоляций является трещинообразование как последствие подтопления.

Противофильтрационные завесы («стены в грунте»)

Противофильтрационные завесы (ПФЗ), или «стены в грунте», предназначены как для защиты от подтопления отдельных площадок, зданий

и сооружений[16], так и для строительства несущих и ограждающих конструкций и фундаментов[17]. Две станции метро в Омске предполагается строить методом «стена в грунте». Схематичный разрез показан на рис. 5. Железобетонная стена толщиной 0, 6 метра первоначально была запроектирована гидродинамически несовершенной, то есть не доходящей до водоупорных глин. Расчёты показали, что будет фильтрационный проскок НПВ под стеной, поэтому необходимо или довести стену вниз до водоупора, на 1, 5 метра ниже, или предусмотреть на период строительства водоотлив в котловане. Второй вариант хуже, так как восходящая фильтрация будет разжижать грунт основания котлована.

Рис. 5 Схематичный гидрогеологический разрез со «стеной в грунте»

Технология возведения «стены в грунте» такова. Вначале специальной техникой отрывают узкие и глубокие траншеи шириной 0, 6 метра. В процессе откопки их заполняют жидким глинистым раствором, который удерживает стенки траншеи от обрушения. Затем в траншею опускают арматурные каркасы и по трубопроводу нагнетают бетон, вытесняющий глину. Примерно через месяц, когда стена наберёт прочность, откапывают внутренний котлован, а стена защищает от обрушения грунта и притока подземных вод. В дальнейшем «стена в грунте» изнутри будет отдела- на, как стена подземной станции метрополитена.

Другие ПФЗ — инъекционные из цемента, глиноцемента, силикатного геля, смолы или битума. Для Омска они неприменимы из-за низких коэффициентов фильтрации пылевато-глинистых грунтов менее 1 м/сут. Противофильтрационные экраны применяют по дну водоёмов. 18 м Глина Суглинок 0, 000 Ур.з. ~ - 12 м НПВ НПВ Глина 0, 6 м 0, 6 м ~ 1, 5 м Глина УНПВ УГВ h p ≈ 7...8 м H _е ≈ 1...1, 5 м

Профилактические дренажи сетей и сооружений

Профилактические дренажи предназначены перехватывать распространение утечек воды из водонесущих сетей и сооружений при фильтрации в грунты застройки. Дренаж для перехвата утечек из сети водопровода, канализации или теплофикации называется сопутствующим, и он может быть линейным или пластовым. Для сооружений, компактных в плане, обычно устраивают кольцевой или пластовый дренаж. Все разновидности дренажа рассмотрены дальше. Кольцевой профилактический дренаж производственного водоёма — пруда с промстоками — показан на рис. 6. Вредные стоки просачиваются в грунт из котлована 1 и перехватываются дренами 2 — трубами с отверстиями и фильтрующими обсыпками. Дрены уложены на водоупорный грунт. При фильтрации об- разуется свободная поверхность воды в грунте — кривая депрессии 3. Таким образом, профилактические дренажи могут не только препятствовать подтоплению местности, но и защищать её от загрязнения вредными сточными водами. Разумеется, дрены должны быть устойчивы к агрессивному воздействию промстоков.

Рис. 6 Кольцевой профилактический дренаж производственного водоёма: 1 — пруд с промстоками; 2 — дрены с обсыпкой; 3 — кривая депрессии

Сохранение естественного подземного стока

Естественные подземные потоки могут перекрываться зданиями и сооружениями, как плотинами. Возникает подпор потоков, то есть повышение УПВ с верховой стороны. С низовой стороны потока УПВ, наоборот, понижается. Такой подпор называют иногда барражным эффектом, так как барраж — это то же, что ПФЗ. Мероприятия по сохранению естественного подземного стока аналогичны устройству водопропускных труб на дорогах с целью не допустить скопления воды.

Защитные дренажи (активные методы)

Защитные дренажи отличаются от рассмотренных предупредительных мероприятий тем, что они надёжно понижают УПВ и обеспечивают норму осушения на территории застройки, для отдельного здания или сооружения. Таким образом, дренажи представляют собой активные методы защиты от подтопления.

7. Что такое дренаж?

Дренаж — это инженерная система из дрен (труб с отверстиями), фильтрующих обсыпок, слоёв и других элементов, предназначенная для понижения УПВ не менее нормы осушения или не менее 0, 5 метра ниже пола подвала, основания сооружения со сбросом дренажных вод:

— в дождевую канализацию К2;

— близлежащий водоём или водоток;

— нижележащий подземный пласт.

Классификации дренажей

Дренажи, применяемые в городском строительстве, можно классифи- цировать по пяти признакам:

1) степень охвата территории;

2) положение дрен в пространстве;

3) движущая сила фильтрации или влагопереноса;

4) продолжительность работы;

5) целевое предназначение.

Классификация дренажей по степени охвата территории (рис.7)

Рис. 7 Классификация дренажей

Это основная классификация дренажей. Выбор общего или локального дренажа зависит от величины коэффициента фильтрации грунта k (см. рис. 7). Другие классификации дренажей необходимы для лучшего понимания их работы и применения в городском строительстве.

Классификация дренажей по положению дрен в пространстве:

1. По отношению к поверхности земли:

а) подземные дренажи(на промзонах и селитебных территориях);

б) открытые дренажные канавы(в зелёных зонах, на дорогах).

2. По отношению к линии горизонта:

а) горизонтальные дренажи(применяются наиболее часто);

б) вертикальные дренажи(водопонизительные скважины);

в) комбинированные и наклонные дрены(применяются редко).

Классификация дренажей по движущей силе фильтрации или влаго-переноса:

1. Гравитационные системы(гравитационные дренажи) — основные.

Стекание воды в дренаж из грунта вызывается силой тяжести. Водо-притоки, под влиянием разности напоров в подземных водах и дрене, происходят самотёком, поэтому гравитационные системы являются энергосберегающими. Они понижают уровни грунтовых вод(УГВ), напорных подземных вод(УНПВ) и сезонной верховодки(УСВ). Если дренаж коструктивно выполнен в виде скважины, то её называют грунтовой(принимает безнапорные ГВ) или артезианской напорной скважиной(принимает НПВ).

2. Вакуумные дренажи, в сравнении с гравитационными, интенсивнее

осушают обводнённый грунт за счёт создания вакуума в дрене(принуди-тельного отсоса). Применяют в грунтах с малыми коэффициентами фильтрации: 0, 01 < k< 0, 5 м/сут. Требуют тщательной изоляции дрен от атмосферного давления, что усложняет устройство дренажа. Весьма много изобретений и разработок по таким дренажам у Б.М. Дегтярёва.

3. Вентиляционные дренажи закладываются в зоне аэрации грунта.

Движущей силой влагопереноса служит перепад влажности. Используются для дополнительной подсушки грунта.

4. Пневмонагнетательные дренажи оттесняют в грунте УПВ посредством нагнетаемого компрессором воздуха. Эти весьма энергоёмкие системы могут применяться лишь для сезонного или периодического осушения слабопроницаемых грунтов.

5. Электроосмотический дренаж использует эффект электроосмоса:

при пропускании электротока через обводнённый грунт вода устремляется к отрицательно заряженной металлической дрене-катоду. Позволяет осушать грунты с малой проницаемостью— при0, 001 < k< 0, 01 м/сут. Весь-ма энергоёмок, но применим там, где другие способы не годятся.

5. Биодренаж— это миф. Всасывающая сила корней деревьев действует лишь около полугода. К тому же весной под деревьями образуются купола УГВ. Таким образом, зелёные насаждения не могут понижать УГВ круглый год и для защиты от подтопления застройки не подходят.

Классификация дренажей по продолжительности работы:

— капитальные дренажи, рассчитанные на многолетнюю работу по

защите от подтопления территории, здания или сооружения;

— временные дренажи, обычно на период строительства объекта.

Классификация дренажей по целевому предназначению:

— защитные дренажи;

— профилактические дренажи;

— дренажи для строительных мелиораций(по улучшению свойств

грунта, например для быстрого его уплотнения).

Вернёмся к основной классификации дренажей и рассмотрим их разновидности.