Header image alt text

СИП

САЙТ ИНЖЕНЕРА-ПРОЕКТИРОВЩИКА

Основания из водонасыщенных грунтов

Вернуться на страницу «Основания фундаментов»

 Грунтовая вода, ее происхождение, виды и свойства

Атмосферные осадки (дождь, снег, град), проникающие в землю сквозь водопроницаемые слои почвы,служат основным источником грунтовых вод. Кроме того, питание грунтовых вод может происходить за счет поступления воды из рек, озер и других поверхностных бассейнов, а также вследствие конденсации водяного пара.

Рисунок 1 - Схема перемещения грунтовых вод

Рисунок 1 — Схема перемещения грунтовых вод: 1 — поверхность земли; 2 — водопроницаем грунт; 3 — поток грунтовой воды; 4 — поверхность капиллярной воды; 5 — линзы водонепроницаемого или уплотненного грунта; 6 — верховодка; 7 — водонепроницаемый грунт (водоупоров) 8 — выход грунтовых вод

Достигая водонепроницаемого слоя почвы — водоупоров (пласта глины или скальной породы), вода течет по его склону (рис. 1.). Если на пути к водоупору в зоне воздухообмена почвы с атмосферным воздухом (зоны аэрации) вода встречает местные включения в виде линз водонепроницаемых, малопроницаемых или уплотненных пород, она частично в них задерживается и накапливается,образуя так называемую верховодку. Верховодка не постоянна, она появляется после дождей, а затем поглощается растениями и испаряется, она может исчезать в засушливый период года, а в зимний период промерзать.

Химически чистой воды в природе не существует. Более чистая вода атмосферных осадков, проникает в почву, пополняется газами и растворами органических и неорганических веществ. В отдельных случаях в грунтовой воде могут содержаться соединения, оказывающие разрушительное воздействие на грунты оснований и материалы фундаментов (выщелачивание бетона). Такую грунтовую воду называют агрессивной.

Вода в грунтах может находиться в парообразном, жидком и твердом состояниях. От содержания того или иного количества различных видов воды и величины сил ее взаимодействия с твердыми частицами зависят свойства грунтов, а в глинистых грунтах вода — это главный фактор, который определяет их свойства.

В современном грунтоведении пользуются классификацией, согласно которой воду делят на пять видов:

в виде пара;

связана;

свободная;

в твердом состоянии;

химически связанная.

Водяной пар образуется в результате испарения других видов воды и перемещается вместе с газообразным компонентом в порах почвы. Связанная вода — это вода, которая содержится на поверхности твердых частиц (адсорбированная) молекулярными силами притяжения, удельные величины которой у самой поверхности частиц достигают 1000 МПа и практически перестают влиять уже на расстоянии 0,005 мм от нее. Связанную воду принято условно делить на слои гигроскопической и пленочной.

Гигроскопическая вода представляет собой слой, содержащий один или несколько слоев молекул воды и по свойствам скорее соответствует твердому, а не жидком телу: ее плотность достигает 2,4 г / см3, в ней не проявляются законы гидростатики, она не растворяет солей, имеет свойства ползучести и прочность на смещение. Такая вода не отделяется от твердых частиц при воздействии сил, в тысячи раз превышающих силы земного притяжения, замерзает при температуре -780С и ниже. Удалить такую воду из почвы (отделить от твердых частиц) можно только испарением при температурах выше 100 град.С.

Пленочная вода представляет собой диффузный переходный слой от гигроскопической воды к свободной.

Свободная вода образована молекулами воды, которые находятся вне сферы влияния электро-молекулярных сил взаимодействия с поверхностью твердых частиц.

Она встречается в почве в виде гравитационной и капиллярной.

Гравитационная вода — это грунтовая вода в обычном представлении (с свойствами обычной воды), которая перемещается в почве под действием собственного веса.

Она оказывает взвешивающее действие на твердые частицы почвы и на фундаменты зданий и сооружений, замерзает и превращается в лед при температуре 00С, имеет массу, что принимается в расчетах оснований 1,0 г / см3, может содержать вещества в коллоидном состоянии, растворяет соли и газы.

Капиллярная вода располагается выше гравитационной (уровня грунтовых вод) и заполняет частично или полностью поры грунта, удерживаясь в них силами капиллярного натяжения. Высота поднятия капиллярной воды зависит от размера поперечного сечения капилляра и материала твердых частиц почвы. Ее повышение по порам заканчивается в том случае, когда устанавливается равновесие между весом поднятого столба воды и подъемной капиллярной силой.

В песках при диаметре капилляра d = 0,01 см, высота поднятия капиллярной воды достигает всего 30 см; при диаметре капилляра 0,005 мм, что соответствует размера глинистой частицы, капиллярная вода поднимается до 400 см.

Капиллярное всасывание воды наблюдается и в зданиях и сооружениях,если они не защищены от увлажнения. Например, в каменных фундаментах и стенах зданий, капиллярная вода может подняться на высоту одного этажа и быть причиной сырости в помещениях.

Вода в твердом состоянии — это лед, в который превращается свободная вода при замерзании (при температуре ниже 00С) и который может содержаться в почве в виде отдельных кристаллов или в виде линз и прослоек, достигающих в вечномерзлых грунтах значительной толщины. Кристаллы льда в мерзлых грунтах служат, как правило, цементирующим веществом. Однако в зависимости от ряда условий, масса льда в грунтах оснований зданий и сооружений в период отрицательных температуры (при промерзании почвы) может увеличиваться, что вызывает негативные последствия, особенно в районах с суровым климатом.

Кристаллизационная и химически связанная вода — это вода, которая принимает участие в строительстве кристаллических решеток минералов. Ее наличие имеет большое значение.Так, при удалении кристаллизационной воды из состава минералов, свойства претерпевают значительные изменения, а при удалении химически связанной воды образуются новые химические соединения.