3 марта 2013 г.

Грунтовые воды.

Грунтовые воды - это подземные воды первого от поверхности земли постоян­ного водоносного горизонта. Они образуются за счет насыщения атмосферными осадками, водами рек и озер, притоком поверхностных вод. Из всех видов грунтовых вод особое место занимает так называемая "верховодка" - сезонное скопление вод в верхнем водонасыщенном слое грунта над водоупорными глинистыми или сугли­нистыми породами (рис. 1). 

Рис.1. Схема грунтовых вод
Уровень грунтовых вод определяется весной, когда он наиболее высокий, когда таяние снега, выпадавшего всю зиму, происходит очень интенсивно. Высокий уро­вень грунтовых вод может возникнуть и осенью, во время затяжных дождей. Уро­вень грунтовых вод определяется замером расстояния от поверхности грунта до зер­кала воды в ближайших колодцах или в скважинах. 
В отличие от верховодки, в толще грунта, значительно глубже, существуют во­доносные слои (межпластовые воды), до которых доходят при рытье колодцев. Во­доносные слои располагаются между непроницаемыми пластами, и при бурении скважины на воду их. может быть несколько. Те, кто занимается водоснабжением участков, знают, что качество и состав воды, а также мощность водоносных слоев на разных глубинах могут сильно отличаться друг от друга. В отдельных случаях, ког­да подпор воды в водоносных слоях большой, то на поверхность она выходит в виде ключей, питающих верхний водонасыщенный слой грунта. 

На заметку застройщику.
В зависимости от уровня межпластовых вод пучинистые явления проявляются в течение сезона в разной степени. Если водонасыщенные слои находятся высоко, то пучинистые явления проявляются и зимой, и весной. В этом случае низкие зимние температуры и повышенная влажность грунта усилят пучение грунта. Если же грунтовые воды залегают глубоко, то увлажнение верхних слоев грунта "верховод­кой " возникнет только при таянии снега весной, когда температура воздуха не та­кая низкая, как зимой. При таких условиях пучение грунта не будет столь значи­тельным. 

Те, кто занимается строительством, в большей степени интересуются именно верховодкой. Высокий уровень грунтовых вод - весьма нежелательная характерис­тика грунта. Это ограничивает возможности застройщиков в выборе фундамента, в принятии решения о наличии подвала или цокольного этажа, в назначении сроков начала строительства. Устройство погреба и септика канализационной системы так­же напрямую связаны с уровнем грунтовых вод. 
Дорожная распутица - извечная проблема российских дорог - в большей сте­пени также обязана верховодке. 
Высокий уровень грунтовых вод мешает и обустройству участка, его озеленению. Грядки приходится поднимать, фруктовые деревья - высаживать на возвышении. 
Высокий уровень грунтовых вод мешает строительству и эксплуатации соору­жений. Если подошва фундамента находится ниже уровня грунтовых вод, то в про­цессе выемки грунта он начинает размываться, теряя свою несущую способность. При высоком уровне грунтовых вод кессоны погребов или подвалов загружаются силами гидростатического давления, и весьма значительными. От этих сил стенки и пол кессонов могут разрушиться, потеряв свою герметичность. Кроме того, если вода в грунте стоит высоко, то Архимедовы выталкивающие силы могут поднять герметичный кессон погреба, особенно, если он легкий. 
Как возникают грунтовые воды, какова геология (гидрогеология) их появле­ния? 
Об осадках, о появлении воды в грунте всем всё ясно и понятно. Но как возни­кает расслоение глинистого грунта? Главный зодчий такого процесса - пучение грунта. Верхние увлажненные слои глинистого грунта (выше границы промерзания) в процессе промерзания увеличиваются в объеме до 10%. Весной этот слой оттаива­ет, становясь пористым. Грунт ниже границы промерзания уплотняется десятки и сотни лет весьма сильно, становясь водонепроницаемым. Неравномерность про­мерзания грунта значительно усиливает уплотнение грунта (см. раздел "Динамика пучинистых явлений"). Именно поэтому возникли водоупорный и водонасыщенный слои и сама верховодка. 
Ближе к лету верховодка уходит или через структуру грунта - вниз, сквозь во­доупорный слой, либо - по уклону водоупорного слоя. Часть влаги поднимается и уходит через растительный слой, испаряясь и насыщая растительность влагой. В тех местах, где грунтовые воды залегают неглубоко, как правило, зеленая расти­тельность бывает сочнее и ярче, чем в других местах. Строители, стремящиеся на­чать строительство как можно раньше, пытаются побыстрее освободить грунт от верховодки. В отличие от строителей, хлеборобы, заинтересованные в том, чтобы верховодка как можно дольше сохранялась в верхнем водонасыщенном слое, делают снегозадержание, собирая снег в высокие гряды, которые тают значительно дольше, чем ровный снеговой наст. 
Если грунт песчаный, то проблем с верховодкой не возникнет - её просто не су­ществует. Другое дело, если дом строится на низком берегу реки или водохранили­ща. Тогда и песчаный грунт не поможет. Вам придется считаться с законом сообща­ющихся сосудов, который создаст под домом уровень грунтовых вод, соответствую­щий уровню водоема. 
Как бороться с высоким уровнем грунтовых вод, как увести их подальше от сво­его участка и дома? 
Дренаж, дренаж и еще раз - дренаж. 
Да, только дренаж может спасти наш участок от верховодки. Существует не­сколько способов его устройства, зависящих от геологии и рельефа местности, а так­же от тех задач, которые стоят перед застройщиком (дренаж постоянный или на вре­мя строительства). 
Дренажная система, как правило, закладывается уже при централизованном обустройстве участков застройки. Она выполняется одновременно с укладкой до­рожного полотна. Традиционная централизованная дренажная система сел, деревень и дачных поселков включает кюветы, проложенные вдоль дорог, и связанные с ними дренажные канавы, проходящие по границам участков. 
Организация подобной дренажной системы тщательно прорабатывается и при­вязывается к рельефу местности. Скрупулезно выполненная топография места заст­ройки даст возможность создать эффективную дренажную систему, что особенно важно при застройке на равнинной местности. Следует заметить, что основные дре­нажные каналы стараются ориентировать поперек склона, чтобы лучше перехваты­вать естественный сток осадков или паводковых вод. Если эти каналы ориентиро­вать вдоль склонов, то со временем от летних ливней и весеннего снеготаяния они превратятся в промоину, а потом - и в овраг, да и отвод верховодки с участков не бу­дет столь эффективным. 
При прокладке дренажа необходимо обеспечить уклон в сторону понижения не более чем 1 : 2000 (на 10 м - 5 см). В придорожный кювет выход дренажной систе­мы с участка должен быть выше не менее чем на 15 см от дна траншеи. Там, где ши­рина дороги не позволяет располагать кювет, приходится водосток загонять в дре­нажную трубу. Диаметр придорожных дренажных труб должен быть не менее 20 см. Через 20...25 м подобная закрытая дренажная система должна иметь смотровые ко­лодцы, через которые можно выполнять профилактическую чистку дренажа. 
Дренажная система непосредственно на участке выполняется силами застрой­щика. Она сводится к созданию дренажных каналов (дрены), собирающих верховод­ку участка и направляющих её в придорожные кюветы. Конструктивно дрены вы­полняют в виде водоотводов открытого типа (траншеи, лотки) (рис. 2, а, б) или за­крытого типа (трубы, связки прутьев, гравийно-песчаный фильтр) (рис. 2, в, г, д). 
Рис.2. Дренажные каналы участка 
Устройство открытых дренажей проще, их легче эксплуатировать, но они мешают при обустройстве участка, сокращают полезную площадь земли. Тем не менее, это наиболее распространенный вариант дренажа. Глубина дренажей определяется топогра­фией участка и согласуется с глубиной придорожного кювета. Для создания необхо­димого уклона дренажные каналы можно выполнить с применением гидроуровня (резиновый шланг с водой и с прозрачными трубочками на концах). Рытье траншей на участке начинают от придорожного кювета, вверх по уклону. Если эту работу про­водить в обратном направлении, то присутствие воды в траншеях будет сильной по­мехой. Дно каналов, чтобы их не размывало, желательно проложить лепешками жирной глины и внедрить в неё щебень или гравий. На строительном рынке для этой цели реализуются готовые желоба, выполненные из бетона или пластика, которые сверху могут быть закрыты специальной решеткой. 
Дренажи закрытого типа незаметны на участке, но срок их службы ограничен: они относительно быстро заиливаются. В качестве элементов закрытой дренажной сис­темы можно использовать различные материалы, уложенные в щебень или крупный песок: 
- асбоцементные трубы 10...15 см в диаметре, у которых снизу сверлят отвер­стия диаметром 10...15 мм (на метр длины - 20 отверстий), или делают пазы шири­ной около 7... 10 мм на треть окружности с шагом 10... 15 см; 
- ветки, прутья и сучья без листвы, уложенные в траншею слоем в 30...40 см; 
- жесткие строительные отходы (штукатурка, кирпичный бой, остатки раствора). 
Чтобы заиливание дренирующих элементов происходило не так быстро, сверху и сбоку их отделяют от грунта прочной гидроизоляцией (толь, рубероид, отслужив­ший линолеум...). Гидроизоляцию прижимают слоем песка, на который укладывают дерн. В настоящее время на строительном рынке появились пластиковые трубы из ПВХ диаметром 50...120 мм специально для устройства дренажа. Они выполнены гофрированными и поставляются в бухтах. Снаружи эти трубы могут иметь оболоч­ку из нетканого водопроницаемого материала. 
Отвод дренируемой воды с участка может выполняться не только в кювет, но и в овраг, в искусственный или естественный водоём или в колодец. Если на уча­стке создается водосборный бассейн, то в некоторых случаях, при удачной геологии места, под водоупорным слоем может оказаться водонесущий слой, куда можно от­водить верховодку. Для этой цели на участке устраивают колодец или бурят скважи­ны диаметром 25...30 см до этого водоносного слоя и засыпают их щебнем (рис. 3, а). Расстояние между скважинами - около 15...20 м. Как правило, подобные удач­ные участки находятся на некотором возвышении. 
Если же участок находится во впадине, то возможно, что из пробуренной сква­жины ударит ключ, и воды на участке только прибавится (рис. 3, б). Тогда скважи­ну придется тщательно забить жирной глиной и больше о таком способе понижения грунтовых вод не думать. 
Рис.3. Схема грунтовых вод
Коснувшись верховодки, нельзя не упомянуть о дорогах, на которые она воздей­ствует весьма агрессивно. Устройство дороги на глинистой или суглинистой почве приходится выполнять с оглядкой на грунтовые воды. Если грунт песчаный, то его только выравнивают и утрамбовывают. В остальных случаях проводят специальную подготовку. Чтобы вода не задерживалась на грунте, дорожкам и дорогам придают выпуклую форму или уклон в 2...3%. По обе стороны дороги роют кюветы-каналы с уклоном в сторо­ну водоотвода. Располагают кюветы на расстоянии 40...50 см от дорог, их глубина - не менее 70 см от планируемого уровня полотна дороги. 
Подготовка дорожек предполагает укладку и уплотнение грунта, извлеченного при рытье кюветов. Глинистый слой на дороге должен быть уложен с уклонами в сторону кюветов. Это требуется для того, чтобы дождевая вода, просочившись сквозь песок и щебень дорожного полотна, не застаивалась на глине, уменьшая её прочность, а уходила бы в кювет. После этого насыпают слой крупного гравия или щебня толщиной 7...10 см, трамбуют и насыпают слой более мелкого гравия или щебня толщиной около 5...7 см, трамбуют его, а на него - слой песка толщиной 2...5 см, который также трамбуют. 
Следует заметить, что если при весенней или осенней распутице по дороге про­едет тяжелая машина, то она через слои гравия и песка продавит увлажненную гли­ну. После этого в глинистом слое дороги образуется яма, которая даже после засып­ки её щебнем не исчезнет. От дождей в ней всегда будет стоять лужа, которая всё время будет провоцировать продавливание дороги в этом месте. Со временем доро­га может превратиться в классическое бездорожье. К такому же результату придет дорога, если кювет будет слабо справляться со своими дренирующими функциями, если он обмельчает или будет засорен, отчего уровень грунтовых вод поднимется и несущая способность дорожной глины также упадет. 
Исходя из последнего замечания, можно предложить и технологию ремонта: выбрать до глины подсыпку, углубить кюветы (глиной заполнить яму) и восстано­вить щебеночные и песчаные слои дороги, но с меньшей толщиной. 
На рынке стройматериалов появился нетканый материал из спрессованных пенопропиленовых волокон (геотекстиль), который эффективно работает как разделитель слоев дорожной подготовки. Этот рулонный материал укладывается на грунт, под щебеночный слой. Его высокая прочность и стойкость к различным климатическим крайностям существенно продлевают срок службы дорожного покрытия.