Как образуются грунтовые воды – где находятся и какие бывают

где находятся и какие бывают

Подземными являются воды, располагающиеся под поверхностью земли. Их физическое состояние может быть любым, но для хозяйственных целей интерес представляют именно жидкие водные запасы. Чтобы оптимально использовать данный ресурс, требуется ответ, как образуются подземные воды и каких видов они бывают.

Распределяются подземные воды неравномерно. В самых глубоких слоях, которые состоят из пород высокой плотности, образованных магматическими и метаморфическими процессами, влаги немного. Основная ее часть располагается в поверхностных слоях, состоящих из пород осадочного происхождения.

Водные запасы верхней части разделяются еще на три слоя. Влага верхнего слоя чаще всего является пресной и применяется для разнообразных нужд. В среднем слое встречаются минерализованные воды. Ниже располагаются рассолы с высокой минерализацией и значительным содержанием йода, брома и некоторых других минералов.

Разновидности подземных вод верхнего слоя

Воды поверхностного слоя разделяются на разновидности.

1. Первый вид – это верховодка. Она расположена наиболее близко к поверхности грунта и привязана к самому верхнему водоупорному слою. Верховодка непостоянна: в сухой период, при недостатке осадков может исчезать. Чаще всего это воды со слабой минерализацией, но нередко имеющие органические загрязнения и растворенные соли. В качестве источника водоснабжения верховодка является не лучшим вариантом.
2. Грунтовые воды находятся сразу над верхним водоупорным горизонтов. Они обладают относительно стабильным соотношением прихода и расхода. Накапливаются эти воды в рыхлых грунтах и разнообразных трещинах. На изменения уровня влияют осадки, деятельность человека, рельеф, климат и прочие факторы.
3. Артезианские воды имеют другое название — напорные. Они располагаются между двумя слоями из водоупорных пород. На них действует гидростатическое давление из-за различия уровня питания и выхода на поверхность. У артезианских вод области питания могут быть удалены на весьма значительные расстояния, а их площадь нередко огромна.

Рис. 1 Разновидности подземных вод

Способы формирования подземных вод

Создание запасов подземных вод осуществляется несколькими способами. Одним из главных является просачивание поверхностной влаги и осадков с поверхности в глубину. Этот способ называется инфильтрацией. Помимо осадков в данном процессе участвуют воды всех поверхностных источников. Количество проникающей влаги существенно зависит от характеристик грунта. Если рассматривать осадки, то вглубь уходит около двадцати процентов влаги. Все это входит в глобальный процесс круговорота воды.

Рис. 2 Круговорот воды и образование грунтовых вод

Проникающая вода опускается вглубь до слоя из водонепроницаемой породы. Там она задерживается и начинает пропитывать окружающие породы, имеющие поры и трещины. Итогом становится водоносный горизонт.

Процесс просачивания зависит от характеристик поверхностного грунта, который может быть водопроницаемым, полупроницаемым и водоупорным. Проницаемыми для воды являются песчаные, гравийные слои, галечники и крупнообломочные породы. Водонепроницаемыми являются породы созданные магмой или метаморфическими процессами, например, гранитные и глинистые. Относительно проницаемыми являются глинистые пески, песчаники с рыхлой структурой и некоторые другие.

Объемы проникающей влаги зависят не только от характеристик грунта. На этот показатель влияют также рельеф (чем больше наклон, тем больше осадков стекает, не проникая в грунт), количество и особенности растительности и некоторые другие.

На многих территориях именно инфильтрация обеспечивает формирование подземных вод. Однако не стоит забывать и про другие способы, несмотря на их малую долю. Подземная вода образуется путем осаждения водяного пара в пустотах горных пород. Еще один способ – образование ювенильных, т.е. первичных вод. Они возникают при разделении и застывании магмы. Однако чистых ювенильных вод практически не существует, т.к. они сразу же смешиваются с прочими.

Формирование подземных вод происходит постоянно, поэтому их можно считать неисчерпаемым водным ресурсом. Однако при использовании следует соблюдать осторожность. При проникновении в водоупорный горизонт загрязнений исправить ситуацию оказывается очень сложно.

Советуем почитать: Водоносный горизонт

Возможно вам также будет интересно почитать:

Пользуясь сайтом oBurenie.ru вы автоматически соглашаетесь с политикой конфиденциальности для использования любых доступных средств коммуникации таких как: комментарии, чат, форма обратной связи и т.д.

oburenie.ru

Как образуются грунтовые воды — Вода скважина

 

 

Как образуются грунтовые воды

Трудно себе представить воду под землей. Некоторые люди считают, что грунтовые воды накапливается в подземных озерах или в подземных реках. На самом деле, грунтовые воды насыщает поры и трещины грунтов и горных пород.

Грунтовые воды преимущественно пополняется за счет осадков. Когда идет дождь или тает снег, часть воды испаряется, некоторое количество усваивается растениями, еще доля осадков стекает по поверхности и собирается в ручьи, а основная попадает через инфильтраты в поры и трещины грунтовых пород.

После засушливого периода осадки первоначально восполняют в почве испарившуюся и используемую растениями воду.

Между поверхностью земли и водоносным горизонтом имеется слой грунта, его гидрологи называют ненасыщенная зона. Так же она называется зона аэрации, где небольшое количество воды задерживается в мелких порах почвы и пород, а крупные трещины содержат только воздух.

После обильных дождей, зона аэрации может быть насыщена, а после долгой засухи — может быть почти сухой.

Немного воды в зоне аэрации удерживается за счет молекулярного притяжения, но в ней не будет работать скважина на воду. Силы притяжения удерживают достаточно воды во влажном полотенце, после того как вода перестает капать.

Как образуются грунтовые воды в горных породах

После потребления воды из почвы растениями, избытки воды проникают в грунтовые воды — в верхнюю часть водоносного горизонта, ниже которой зона насыщенная.

Ниже уровня грунтовых вод, все поры и трещины в скалах полны воды, которая движется по водоносным горизонтам к области разгрузки: родники, колодцы, скважины на воду.

Природное питание водоносных горизонтов на глубине (артезианские бассейны) представляет собой длительный процесс, потому что грунтовые воды медленно движутся через зоны аэрации и водоносные горизонты. Скорость перезарядки артезианских вод является важным фактором.

Было подсчитано, что если водоносный горизонт питается в основном с высоких равнин, где мало осадков, потребуются столетия до выхода воды на поверхность. Таким образом, артезианская скважина сегодня дает нам воду, которая выпала на землю в виде осадков сотни, а то и тысячи лет тому назад… впечатляет?

В отличие от артезианских бассейнов, неглубокий водоносный горизонт в зоне быстрой фильтрации может быть пополнен почти сразу. На этих водоносных горизонтах устанавливают копаные или абиссинские колодцы.

Водоносные горизонты могут быть пополнены искусственно. Например, большие объемы подземных вод, используемые для кондиционирования воздуха, возвращаются в водоносные горизонты через скважины.

Водоносные горизонты могут искусственно пополняться двумя основными способами:

Один из способов — заполнение водой углублений в грунте (борозды, канавы) или возведение небольших дамб на ручьях, чтобы задержать поверхностный сток, тем самым позволяя воде проникнуть в водоносный горизонт

Другой способ заключается в пополнении непосредственно водоносного горизонта водой через скважины

Последний является более дорогим способом, но может быть оправдан, если способ первый не возможен. Некоторые проекты искусственного пополнения были успешными, а другие, к сожалению, принесли разочарования.

Что будет, если через углубление или скважину наполнять водой горизонт примерно до уровня грунтовых вод. При откачивании из колодца, гравитация заставит воду из насыщенных пород перейти в колодец, чтобы заменить утраченную воду.

Это приводит к вопросу: сможет ли вода при откачивании насосом достаточно быстро пополняться?

Некоторые породы, такие как глины или граниты, могут иметь мало мелких трещин, по которым вода может перемещаться. Очевидно, что это бедные водоносные горизонты, и они будут отдавать небольшое количество воды

Для сравнения, породы, такие как трещиноватые песчаники и кавернозные известняки имеют большую пористость, которая позволяют воде двигаться более свободно. Эти породы передают большие количества воды и являются хорошими водоносными горизонтами.

Объем пополнения скважины на воду из водоносного горизонта может варьироваться от нескольких сотен до несколько миллионов литров в день.

Ученым еще много предстоит узнать о различных средах грунтовых вод и их восприимчивости к практике искусственного пополнения.

voda-skvazhina.ru

Как образуются подземные воды? — Other

На днях я купил обычную бутылку с минеральной водой. Решив почитать о её происхождении на этикетке, я обнаружил надпись, которая гласила, что эта вода была разлита из подземного источника. Меня весьма заинтересовала тема о подземных водах и их происхождении. Итак…

Как же образуются подземные воды

Начать стоит с того, что такое подземные воды. По своей сути, это те воды, которые находятся в толщах горных пород. При этом они могут пребывать как в жидком, так и твёрдом и газообразном состояниях.

Но говоря о подземных водах, мы подразумеваем их жидкий тип. Распределяются они весьма неравномерно. В наиболее глубоких слоях, которые образуются из особо плотных пород (создающихся благодаря магматическим и метаморфическим процессам), практически нет влаги.

Основная часть воды залегает именно в поверхностных слоях, породы которых отличаются осадочным происхождением.

Но вернусь к теме образования подземных вод. Оно может происходить несколькими путями.

Главным таким способом считается просачивание влаги с поверхности. Такой процесс зовётся «инфильтрацией». Здесь подземные воды обогащаются не только благодаря осадкам, но и всем поверхностным водным резервуарам. При этом количество влаги напрямую зависит от типа грунта.

Вторым способом можно назвать осаждение водяного пара, которое происходит в пустотах горных пород. Это довольно долгий процесс.

Виды подземных вод

Формирование подземных вод можно назвать постоянным и бесконечным процессом. Именно поэтому такие воды принято считать неисчерпаемым ресурсом.

Но отдельного упоминания заслуживают виды подземных вод. Выделяют три основных:

• верховодка. Она ближе всех лежит к грунтовой поверхности. Этот вид воды непостоянен, при засухе может запросто испариться;
• грунтовые. Отличаются стабильностью своего пополнения, это «основной тип» подземных вод. На объём которых влияет множество факторов;
• и артезианские. Они же «напорные». Находятся под давлением и нередко занимают большие площади.

Стоит отметить, что именно артезианские воды причисляют к полезным ископаемым. Все мы должны помнить о важности их сохранения.

travelask.ru

виды, определение, защита, схема дренажа (видео)

В проектировании зданий учитывается множество расчетных величин, способных повлиять на строительство и эксплуатацию сооружения, и одной из них является уровень грунтовых вод. Именно этот показатель будет основополагающим критерием в расчете стоимости застройки, технологии строительства, долговечности конструкции и условий эксплуатации здания. Грунтовые воды зачастую осложняют строительство опорных конструкций и зданий в целом, поэтому, чтобы эффективно справиться с этой проблемой, нужно узнать о ней как можно больше информации, прежде чем начинать застройку.

Схема образования подземных вод.

Понятие в геологии

Уровень грунтовых вод — это слой почвы, ниже которого грунт насыщен водой до предела, то есть это ближайший к поверхности земли водоносный слой. Этот водяной слой отделен от низлежащего водонепроницаемыми породами глинистой или каменистой почвы. Глубина подземных вод зависит в основном от участка и от наличия водоемов поблизости. В горах грунтовые воды могут залегать на глубине более 100 метров, а в низинах и болотистых местностях этот показатель может насчитывать от нескольких сантиметров до 2 метров. В зависимости от времен года и интенсивности выпадения атмосферных осадков, уровень грунтовых вод постоянно изменяется, а колебания этой величины находятся в пределах нескольких метров.

Схема промерзания почвы.

Наименьший уровень подземных вод приходится на зимний период, когда из-за промерзания почвы грунт становится водонепроницаемым, а осадки выпадают в виде замерзших кристаллов воды, которые не растают до наступления тепла. Самый высокий уровень грунтовых вод отмечается весной, когда происходит таяние выпавших за зиму осадков. Верхний слой почвы становится пористым, из-за чего вся влага, образовавшаяся на поверхности, просачивается в нижние породы до водонепроницаемого слоя, что влечет за собой повышение уровня залегающих грунтовых вод. Именно поэтому для строительства зданий измерять показатель уровня подземных вод следует весной, чтобы избежать пучения грунта.

Вернуться к оглавлению

Типы слоев

Различают следующие виды грунтовых вод:

• верховодка;
• грунтовые безнапорные воды;
• артезианские воды.

Верховодка залегает на глубине 2-3 метров. В засушливую погоду, а также зимой исчезает, просачиваясь в нижние водоносные слои. Носит временный и сезонный характер. Имеет небольшую площадь распространения. В песчаных почвах встречается крайне редко, для нее более типичны суглинистые или лесные породы. Залегая в пределах пространства подземных частей здания, верховодка представляет высокую опасность для строительства, так как может стать причиной подтопления сооружения и пучения грунта вокруг фундамента.

Таблица условий понижения грунтовых вод.

Грунтовые безнапорные воды залегают на первом водоупорном слое от поверхности земли. Этот водоносный слой не перекрывается водонепроницаемыми слоями грунта. Свой водный пласт грунтовые воды наполняют не полностью, из-за чего они и являются ненапорными. Этот вид подземных вод носит постоянный характер во времени и значителен по площади распространения.

Питание грунтовых вод происходит в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков. Именно этот тип грунтовых вод доставляет большее количество хлопот при строительстве опорных конструкций и устройстве котлованов. Дело в том, что высокий уровень безнапорных подземных вод не позволит произвести заливку фундамента из-за постоянного затопления водой строительного котлована.

Артезианские воды — это подземный слой воды, располагающийся между двумя водоупорными слоями почвы. Если по какой-либо причине будет пробит верхний водоупорный слой, то это приведет к выбросу залегающей воды под давлением на поверхность. Артезианские воды пролегают глубоко в почве и носят постоянный характер. Из-за своего расположения никак не влияют на строительство зданий.

Вернуться к оглавлению

Влияние на строительство

Проектирование любых сооружений, предполагающих заливку фундамента, всегда должно начинаться с измерения уровня залегания грунтовых вод. Чем выше их расположение, тем меньше грунт способен выдерживать несущие опоры. Если залегание подземного водоносного слоя находится на глубине меньше 2 метров, то это считается высоким уровнем грунтовых вод. При таком их расположении от строительства, требующего обустройства котлована или траншеи, стоит отказаться.

Схема пробной скважины для определения уровня грунтовых вод.

Также избегать строительства стоит, если при высоком уровне грунтовых вод между поверхностью земли и водоносным слоем находится песчаная почва с илистой примесью. Попадание влаги в слои песчаной породы приведет к изменению грунта (он начнет «плавать»), что пагубно скажется на способности несущих конструкций выдерживать нагрузки, создаваемые самим зданием. Если же на этом уровне расположен пласт глинистого сланца, то попадание в него воды приведет к его размягчению, из-за чего потеряется устойчивость почвы, что неминуемо будет способствовать искривлению уровня фундамента.

В любом случае, при наличии подобных проблем, стоимость застройки будет неоправданно высокой. Дело в том, что подземные воды постоянно будут заливать вырытый котлован, даже при наличии качественной гидроизоляции и дренажа, что не позволит произвести заливку фундамента. Такие меры лишь на короткий срок обеспечат необходимый эффект, но сами грунтовые воды не исчезнут и, по прошествии небольшого промежутка времени, снова восстановят свой первоначальный уровень.

От уровня грунтовых вод зависит не только сметная стоимость строительства здания, но и расходы на его эксплуатацию, и сам срок эксплуатации.

Уровень подземного водоносного слоя обуславливает ограничение в виде выбора фундамента, его глубины, размера и сроков строительства. Помимо этих показателей, уровень подземного водоносного слоя накладывает ограничения на выбор материалов для застройки и их технических характеристик (плотность, прочность, водонепроницаемость и т.д.). Решение об обустройстве цоколей и подвалов тоже напрямую зависит от уровня грунтовых вод.

Схема понижения грунтовых вод.

Поэтому в строительстве принята норма расстояния от основания фундамента до залегающих грунтовых вод, равная 0,5 метра и выше. Это позволит обустроить все несущие конструкции согласно нормам и гарантирует надежность эксплуатации построенного здания. Если расчет был выполнен без учета этой нормы, то произойдет неравномерное пучение грунта, следствием чего станет перекос фундамента, который вызовет появление трещин в конструкциях, что может привести к их обрушению. Именно поэтому уровень грунтовых вод необходимо определять еще на стадии проектирования здания.

Вернуться к оглавлению

Определение уровня

Осуществить определение уровня грунтовых вод можно несколькими способами, но существует единое правило: все измерения проводятся весной, когда растает снег. Это обусловлено тем, что именно в этот период уровень залегающего водоносного слоя находится на максимальной отметке.

Самым простым и распространенным, но в то же время точным и эффективным способом является замер уровня воды в близлежащих к участку колодцах. Дело в том, что колодец наполняется только за счет грунтовых вод, именно поэтому расстояние, которое находится между верхом колодца и поверхностью воды, и является уровнем залегания подземных грунтовых вод. Для наиболее точного определения этого показателя замеры стоит выполнять в нескольких колодцах, находящихся вблизи участка для строительства.

Второй, не менее точный способ применяют, когда на близлежащих территориях к участку нет вырытых колодцев, — это бурение пробной скважины. Для этого способа с помощью садового бура нужно пробурить несколько скважин глубиной 2-2,5 метра, и, если в течение двух дней в них не появится вода, это означает, что она пролегает на достаточной глубине и при строительстве ее не стоит опасаться.

Схема изготовления маятника и рамки для поиска грунтовых вод.

Существуют еще старинные способы определения этого показателя. Например, нужно взять хорошо просушенный комок шерсти, сырое куриное яйцо (желательно более свежее) и глиняную глубокую посуду. После чего в предполагаемом месте строительства необходимо аккуратно снять слой дерна и в получившуюся ямку положить клочок шерсти, на шерсть положить куриное яйцо и все это накрыть глиняной посудой.

Затем все это аккуратно нужно накрыть слоем дерна, снятого с этого места. Результат смотрят на утро следующего дня. Нужно убрать слой дерна и аккуратно снять глиняную посуду, а затем внимательно осмотреть образовавшуюся росу. Если роса появилась на шерсти и на яйце, то вода в этом месте залегает неглубоко. Если же роса есть только на шерсти, то вода располагается достаточно глубоко. А если и клочок шерсти, и яйцо сухие, то, возможно, воды в этом месте совсем нет или же она находится на приличной глубине.

Определить уровень грунтовых вод на участке можно с помощью растений, произрастающих на нем, и их характеристик. Допустим, если в засушливое время года на участке растут ярко-зеленая трава, крапива, осока или камыш, то воды в этом месте стоят достаточно высоко, не более 2-3 метров. Или же, если по вечерам над участком постоянно образуются туманы, а вблизи нет ни рек, ни водоемов, то это символизирует о том же. А вот если в засушливую погоду на участке преобладают солодка или полынь, то влаги на глубине до 4-5 метров нет.

Таким образом, способов определения уровня грунтовых вод существует множество. Их точность разнится, но общее представление о наличии водоносного слоя и глубины его залегания они могут отразить. Для детального определения этого показателя можно заказать геологическое обследование местности участка, что даст более точную картину нахождения подводных вод на участке.

Вернуться к оглавлению

Защита конструкций

Схема дренажа участка.

Даже при точнейшем определении уровня грунтовых вод обязательно должны быть приняты меры по защите сооружения от них. Выбор степени гидроизоляции и мер по понижению подземных вод зависит от уровня залегания водоносного слоя, типа фундамента, характеристик почвы и от наличия цоколя и подвалов.

Если в проекте здания отсутствуют цоколь или подвал или глубина залегания подземных вод ниже уровня их пола, то для защиты сооружения от грунтовых вод достаточно будет произвести гидроизоляцию фундамента и стен подвальных помещений. В случае расположения пола подвала или цоколя над водоносным слоем, потребуется обустройство дренажной системы для отвода воды. Это возможно только при наличии близлежащих водоемов или коллекторов, куда будут сбрасываться воды. В противном случае необходимо обустройство специальной гидроизоляции, которая имеет сложную технологию монтажа и высокую стоимость.

Также на поверхности, вследствие атмосферных осадков или нахождения участка в низине, образуются поверхностные воды, способные оказать влияние на пучение грунта или на уровень подземного водоносного слоя. Чтобы предотвратить их скапливание, в месте строительства устраивают водоотводные канавы или обваловывание участка. Вода, таким образом, отводится с помощью искусственного уклона или через сети открытого водостока.

При высоком уровне грунтовых вод единственным способом защиты конструкций является дренаж. Дренажные системы могут быть как закрытого, так и открытого типа, в зависимости от необходимого уровня понижения водоносного слоя. Любая дренажная система должна закладываться на первых стадиях обустройства несущих конструкций.

Открытые дренажные системы просты в сооружении, но мешают обустройству участка и уменьшают площадь земли для полезного использования. Они представлены в виде вырытых каналов и траншей вниз по уклону. На дно траншеи обязательно должен быть выложен камень или глина, чтобы предотвратить их размывание.

Закрытые дренажные системы не заметны на участке, но имеют ограниченный срок службы из-за их постоянного заиливания. Дрены закрытого типа устраиваются в виде системы труб, находящейся под землей, вода из которой отводится в канализационные стоки или в близлежащие водоемы.

В любом случае защиту строящихся конструкций от грунтовых вод следует проводить с участием специалиста.

www.vseoburenii.ru

Грунтовые воды и их влияние на грунты основания — SGround.ru

Как грунтовые воды влияют на фундаменты?

Оглавление

1. Введение
2. Влияние грунтовых вод на свойства грунтов основания
3. Агрессивность грунтовых вод
4. Водоносные горизонты и верховодка
5. Уровень грунтовых вод
6. Максимальный прогнозный (расчетный) УГВ
7. Капиллярное поднятие грунтовых вод
8. Искусственное снижение уровня грунтовых вод
9. Заключение
10. Связанные статьи

1. Введение

Как уже отмечалось в других статьях, касающихся морозного пучения грунтов, близость уровня грунтовых вод к фронту промерзания имеет решающее влияние на процессы пучения. Но грунтовые воды опасны не только этим – в теплое время года замачивание так же вызывает резкое снижение показателей физико-механических свойств грунтов по сравнению с сухим или умеренно влажным состоянием. Да и для самих конструкций грунтовая вода не лучший сосед, разберемся почему.

 

 

2. Влияние грунтовых вод на свойства грунтов основания

Все связные дисперсные грунты (суглинки, глины, супеси) ухудшают свои физико-механические характеристики при увеличении влажности. При малой влажности глинистые грунты находятся в твёрдом состоянии. С ростом влажности глинистых грунтов они переходят в пластичное состояние, удельное сцепление с и угол внутреннего трения φ закономерно снижаются за счет ослабления структурных связей и смазывающего действия воды на контактах частиц. При дальнейшем увеличении влажности она обычно достигает влажности на границе текучести и грунт разжижается, приобретая свойства вязкой жидкости.

[Глинистые грунты при увеличении влажности сильно снижают свои прочностные качества вплоть до перехода в жидкое состояние]

Фото: Под воздействием влаги грунт потерял несущую способность

На несвязные дисперсные грунты (пески, щебенисты грунты) влажность влияет меньше, т.к. удельное сцепление в них практически отсутствует, а трение между частицами во многом обусловлено формой и характером их поверхности. Однако наличие воды в таких грунтах все же снижает внутреннее трение φ — до 20%.

[Пески и крупнообломочные грунты меньше подвержены влиянию влажности, однако и на них грунтовые воды действуют отрицательно, снижая внутреннее трение до 20%]

В твердой компоненте грунтов могут содержаться и растворимые в воде минералы: гипс, кальцит, каменная соль и др., а также органические вещества, которые под воздействием грунтовых вод растворяются ослабляя структурные связи или образуют пустоты.

Кроме того, существуют специфические грунты, которым контакт с водой противопоказан – это просадочные и набухающие грунты.

Просадочные грунты имеют крупные поры (макропоры) и низкую влажность и в сухом состоянии мало чем отличаются от обычных глинистых грунтов. Но после замачивания они быстро размокают, теряя структурные связи и под нагрузкой резко сжимаются за счет схлопывания пор — просаживаются. Иногда суммарная просадка основания при этом может быть очень велика до метра и более.

Набухающие грунты — глинистые грунты с большим содержанием гидрофильных глинистых минералов и малой влажность в природном состоянии. Поступающая в набухающие грунты влага поглащается поверхностью глинистых частиц, образуя гидратные оболочки. При первоначальном относительно близком расположении частиц, под действием гидратных оболочек они раздвигаются, вызывая увеличение объема грунта и подъем поверхности (почти как при пучении).

3. Агрессивность грунтовых вод

Большинство грунтовых вод являются агрессивной средой для стальных конструкций, то есть погруженные в них конструкции будут разрушены за сравнительно короткий срок: от 1 до 10 лет или даже быстрее.

Так же при определенном химическом составе грунтовые воды оказывают разрушающее воздействие и на бетонные и железобетонные конструкции. Грунтовые воды, способные разрушать цементные бетоны и растворы, называются агрессивными. Агрессивность их зависит от химического состава растворенных в них солей и кислот. Эти вещества попадают в воду из подземных естественных залежей или из отбросов производств. Поэтому агрессивные воды встречаются повсеместно.

Фото: Разрушение железобетонных конструкций под воздействием агрессивной среды

Агрессивность грунтовых вод по отношению к бетону оценивается по содержанию: бикарбонатной щелочности, водородного показателя pH, содержанию свободной углекислоты CO2, содержанию магнезиальных солей (в пересчете на ионы Mg), содержание едких щелочей (в пересчете на ионы K и Na) содержание сульфатов (в пересчете на ионы SO4), содержание едких щелочей (хлоридов, сульфатов, нитратов). Все эти показателю определяются в лаборатории при проведении инженерно-геологических изысканий.

Вода, даже с малым количеством вредных веществ, может оказаться опасной для бетона, так как вследствие непрерывного движения воды в грунте на бетон действуют все новые и новые частицы вредных примесей. Поэтому всегда при инженерно-геологических изысканиях следует производить химический анализ воды.

Во всякой воде имеется, хотя бы в ничтожном количестве, углекислота (СО2). Она может быть связанной (неактивной, неспособной вступать в какие-либо новые соединения) и свободной (активной). Связанная углекислота для бетона безвредна. Свободная (называемая агрессивной) углекислота вступает в реакцию с известью бетона и образует растворимые в воде соли.

В сильно загрязненной воде, при наличии в ней и свободной углекислоты (СО2), и сульфатов (S04), и хлоридов (Сl), и окиси магния (MgO), путем взаимодействия с бетоном образуются растворимые соли, и потому агрессивность воды зависит от совокупности всех этих примесей.

В сравнительно чистой воде при отсутствии хлора (Cl) и свободной углекислоты (СО2), при наличии солей магния (MgO) и натрия (NaO) в количестве, меньшем 60 мг/л, вредны растворы гипса, так как они ведут к образованию сложных солей («цементная бацилла»), которые увеличиваются в объеме и потому разрушают бетон. Весьма вредны примеси азотной и азотистой кислот и аммиака. Наоборот, кремнекислота в любом количестве безвредна.

По степени воздействия на конструкции, воды подразделяются на: неагрессивные, слабоагрессивные, среднеагрессивные и сильноагрессивные (СП 28.13330.2012 Защита строительных конструкций от коррозии).

Агрессивность грунтовых вод зависит не только от концентрации вредных веществ, но и от коэффициента фильтрации грунта (от скорости прохождения воды сквозь грунт).

[Агрессивное воздействие грунтовых вод зависит от способности вмещающего грунта пропускать воду (фильтровать) – чем быстрее грунт пропускает воду, тем агрессивнее она будет воздействовать на конструкции]

Для повышения устойчивости бетонов к агрессивному воздействию жидкой среды применяют; сульфатостойкие цементы; более плотные бетоны с марками по водонепроницаемости W6, W8, W10 и более; гидроизоляцию поверхностей конструкций; водопонижение (дренаж) (см. разделы 5,3, 9.3 и таблицы приложений СП 28.13330.2012).

4. Водоносные горизонты и верховодка

Часто под землёй существует несколько водоносных горизонтов: 2, 3 и более.

Вода задерживается при просачивании с поверхности над водоупорными (главным образом – тяжелыми глинистыми) грунтами и скапливается в водопроницаемых (крупнодисперсных, песчаных) слоях, которые в этом случае называются водоносными. Если водоносный слой находится под водоупорным, то вода в нижнем водоносном слое часто находится под давлением вышележащих слоев. Если в верхнем слое отрыть котлован, то вода поступит в него снизу под давлением и поднимется выше уровня, на котором она первоначально появилась.

Такие воды называются напорными, а уровень, до которого они поднимаются, – установившимся уровнем грунтовых вод. Этот уровень должен выявляться при инженерно-геологических изысканиях и учитываться при проектировании.

Верховодкой называют ограниченный по площади локальный участок водонасыщенных грунтов, расположенный над линзой водоупора (глины, промерзшие грунты). Как правило верховодка имеет небольшую площадь и толщу, залегает близко к поверхности, выше уровня грунтовых вод. Уровень воды в верховодке сильно реагирует на поступление атмосферных вод.

5. Уровень грунтовых вод

[Уровень грунтовых вод (УГВ) – глубина относительно поверхности земли или высотная отметка зеркала свободной поверхности воды в скважине или шурфе. Принимают показатель установившегося уровня, не меняющийся на протяжении как минимум 30 минут]

Наиболее точным способом определения уровня грунтовых вод является бурение скважин или откопка шурфа (небольшого котлована) до появления свободной поверхности воды («зеркала») и дальнейшее заглубление на 0,5-1,5 метра.

Уровень грунтовых вод не является горизонтальной поверхностью и обычно меняется вместе с рельефом, повторяя его в сглаженной форме – при подъеме рельефа УГВ тоже поднимается, но в меньшей степени.

При наличии на участке открытых водоемов УГВ вблизи водоема совпадает с отметкой дневной поверхности открытой воды и меняется вместе с ней, а при отдалении от водоема отличается в большую или меньшую сторону.

В течении года УГВ так же не стоит на месте и постоянно меняется. Наивысший уровень грунтовых вод в широтах с значительным скоплением снега зимой обусловлен инфильтрацией талых вод в весенний период. Второй, менее выраженный высокий уровень, приурочен к осеннему периоду дождей. Самый низкий уровень наблюдается летом и в конце зимы.

После зимнего минимума происходит резкий подъем УГВ при таянии снега. Продолжительность весеннего максимума часто не превышает 10 дней

Изменение рельефа при строительстве и планировке грунтов могут нарушать естественные процессы перераспределения и движения грунтовых вод, а, следовательно, изменять уровень грунтовых вод. Основными техногенными нарушениями являются:

• Нарушение поверхностного стока атмосферных вод – текли себе ручейки много лет по одному месту, а тут при строительстве все перекопали, участок подняли и в итоге соседний участок стал утопать в воде. Такое явление встречается достаточно часто.
• Экранирование поверхности грунта на большой площади. После этого произойдет накопление влаги под закрытым участком и повышение влажности грунтов основания.

Грунтовые воды находятся в постоянном движении, хоть это движение и медленное, и не заметное человеческому глазу, но оно непрерывно происходит как по вертикали, так и по горизонтали в сторону областей разгрузки (водоемы, низины, реки и т.д.).

6. Максимальный прогнозный (расчетный) УГВ

В качестве расчетных горизонтов грунтовых вод следует принимать их наивысшие уровни весной и осенью, а при наличии данных и в конце зимы

Если есть необходимость получить расчетный уровень грунтовых вод, то следует воспользоваться нормативной литературой. Например, «пособие к СНиП 2.05.02-85 По проектированию методов регулирования водно-теплового режима верхней части земляного полотна» раздел 3.

Расчеты громоздкие и здесь я их приводить не буду. Отмечу только что при выполнении инженерно-геологических изысканий в отчетах как правило указывают о возможности изменения УГВ на величину +/- 1,0 м от полученного при изысканиях положения. Реже колебания принимают +/- 0,5 или +/- 1,5 м.

[Таким образом за расчетный уровень грунтовых вод, как правило, следует принимать уровень на 1,0 метра выше чем тот что был получен замером при изысканиях.]

7. Капиллярное поднятие грунтовых вод

[Водонасыщенными являются не только грунты ниже уровня грунтовых вод, но и некоторая толща грунтов выше него – это слой капиллярного поднятия грунтовых вод]

За толщину слоя капиллярного поднятия воды принимается расстояние от уровня подземной воды со свободной поверхностью (в скважине) до отметки, где влажность глинистого грунта не превышает влажности на границе раскатывания.

[Влажность на границе раскатывания W_Р — соответствует влажности, при которой грунт теряет пластичность и переходит в твердое состояние. Граница раскатывания качественно соответствует такому состоянию, при котором жгут, раскатанный из грунта до диаметра 3 мм начинает крошиться на кусочки до 1 см длиной.]

Толщину слоя капиллярного поднятия называют морозоопасной «каймой» над уровнем подземной воды. Эта кайма зависит от состава и сложения грунта в природных условиях, и толщина ее колеблется в пределах от 0,3 до 3,5 м в зависимости от степени дисперсности грунта.

Капиллярное поднятие воды в грунтах происходит под действием поверхностной энергии минеральных частиц грунта и, следовательно, зависит от их удельной поверхности. Например, в песках круглых и средней крупности удельная поверхность частиц сравнительно небольшая, поэтому в этих песках почти не наблюдается капиллярного поднятия воды и вследствие этого отсутствуют деформации морозного пучения (они относятся к непучинистым грунтам).

Пески мелкие и пылеватые состоят из более мелких частиц по сравнению с песком крупным, и вследствие взаимодействия удельной поверхности минеральных частиц с водой капиллярное поднятие в природных условиях наблюдается на высоту от 0,3 до 0,5 м. В супесях высота капиллярного поднятия достигает от 0,5 до 1 м, в суглинах — до 1,5 м, в глинах — до 3 м.

Скорость передвижения воды по капиллярам значительно меньше, чем скорость подъема УГВ и обычно капиллярная кайма отстает от изменений УГВ.

Не все грунтовые воды имеют естественное происхождение. При прорыве водопровода локально водонасыщенные грунты при промерзании неравномерно вспучиваются, что вызывает серьезные повреждения зданий и сооружений.

8. Искусственное снижение уровня грунтовых вод (дренаж, водопонижение)

Для многих дачников и владельцев частных домов с подвалом вопрос снижения УГВ очень наболевший. Как можно справиться с высокими грунтовыми водами? – необходимо делать дренаж.

Дренажи бывают разных видов: горизонтальная система дренажных труб, вертикальный дренаж скважинами или иглофильтрами, открытый дренаж каналами и лотками и даже создание искусственных водоемов. Отток воды бывает естественным и принудительным – с помощью насосов.

[Дренаж в строительстве – в переводе на русский язык означает удаление/отведение воды. Иногда дренажом называют удаление воды с поверхности, но чаще речь идет об отводе грунтовых вод. Можно так же заменить термином «водопонижение»]

Главное при создании дренажа (водопонижении) это чтобы было куда отводить воду – необходимо такое место куда можно на длительный срок направить воду с осушаемого участка, не навредив при этом ни соседям и их постройкам, ни экологии.

Сток дренажных вод можно направить: в водосточную канаву за границей участка (если она есть), в ближайший водоем (если он не имеет рыбохозяйственного значения), в ливневую канализацию (если она есть), в сторону понижения рельефа (при наличии, и если там нет соседей).

Вообще в большинстве случаев дренаж выполнить реально. Это большая тема, требующая отдельного разговора, поэтому перенесем ее в отдельную статью.

9. Заключение

Глинистые грунты при увеличении влажности снижают свои прочностные качества вплоть до перехода в жидкое состояние. Пески и крупнообломочные грунты меньше подвержены влиянию влажности, однако и на них грунтовые воды действуют отрицательно.

В течении года УГВ не стоит на месте и постоянно меняется. Наивысший уровень грунтовых вод чаще всего наблюдается в весенний и реже в осенний периоды. Самый низкий уровень наблюдается летом и в конце зимы.

За расчетный уровень грунтовых вод, как правило, следует принимать уровень на 1,0 метра выше чем тот что был получен замером при изысканиях. Но водонасыщенными являются не только грунты ниже уровня грунтовых вод, но и некоторая толща грунтов выше него – это слой капиллярного поднятия грунтовых вод которая может иметь мощность до 3,5 м в зависимости от типа грунта.

Большинство грунтовых вод являются агрессивной средой для стальных конструкций, и довольно часто грунтовые воды оказывают разрушающее воздействие на бетонные и железобетонные конструкции.

Вывод — высоко расположенные грунтовые воды негативно влияют на характеристики большинства грунтов основания и часто оказывают агрессивное воздействие на сами конструкции фундаментов, да и выполнение строительных работ они сильно затрудняют, поэтому желанным гостем их никак не назовешь. При проектировании и строительстве этому обстоятельству следует уделять должное внимание, возможно Вам следует предусмотреть дренаж еще на стадии проектирования фундамента.

10. Связанные статьи

Дренаж участка, системы дренажа, водопонижение

sground.ru

Грунтовые воды. Определение, характеристика, зональность и их применение

Грунтовые воды – это гравитационные подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта, располагающегося на региональном водоупоре.

Образуются главным образом за счет инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озер, водохранилищ, оросительных каналов. В районах речных долин запасы грунтовых вод пополняются восходящими водами более глубоких горизонтов (например, водами артезианских бассейнов), а также за счет конденсации водяных паров.

Характеристика грунтовых вод

Поверхность грунтовых вод является свободной, т.к. грунтовые воды обычно безнапорные. На отдельных участках, где все же имеется местное водонепроницаемое перекрытие, грунтовые воды приобретают местный напор. Области питания и распространения грунтовых вод совпадают. Вследствие этого условия формирования и режим грунтовых вод отличаются от более глубоких артезианских вод: грунтовые воды чувствительны ко всем атмосферным изменениям. В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков и глубины залегания грунтовых вод их поверхность испытывает сезонные и многолетние колебания. Величины сезонных и многолетних амплитуд колебаний уровней грунтовых вод могут достигать 20 и более метров, что необходимо учитывать при строительстве различного рода объектов. Вблизи рек и водоемов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних. Величина стока грунтовых вод за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путем инфильтрации.

Зональность грунтовых вод

Различия условий формирования грунтовых вод обусловливают зональность их географического распределения, которая тесно связана с зональностью климата, почвенного и растительного покрова. В лесных, лесостепных и степных районах распространены пресные (или слабоминерализованные) грунтовыt вод; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают соленые грунтовые воды, среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках. Наиболее значительные запасы грунтовых вод сосредоточены в аллювиальных отложениях речных долин, в конусах выноса предгорных областей, а также в неглубоко залегающих массивах трещиноватых и закарстованных известняков (реже в трещиноватых изверженных породах).

Применение грунтовых вод

Грунтовые воды в силу относительно слабой защищенности от загрязнения имеют ограниченное применение как источники водообеспечения промышленных предприятий и городов. Однако для водоснабжения поселков и населенных пунктов в сельской местности их роль достаточно велика. По величине антропогенного воздействия на грунтовые воды различают естественный, слабонарушенный, нарушенный, сильнонарушенный и искусственный режимы грунтовых вод. Искусственный режим формируется преимущественно под влиянием техногенных факторов (интенсивная эксплуатация грунтовых вод, орошение земель в аридной зоне). Естественные многолетние изменения режима грунтовых вод во многих случаях могут быть причиной активизации оползневой деятельности, карстово-суффозионных процессов, регионального подтопления территории, угнетения наземных экосистем и др.

Для изучения закономерностей и механизмов формирования и прогноза режима грунтовых вод в России организована государственная и ведомственная службы его изучения и прогноза (гидрогеологический мониторинг). Разработана нормативно-методическая база ведения мониторинга и методы сезонных и долгосрочных прогнозов.

Источники: Общая гидрогеология. Климентов П.П. —М., 1980; Изучение, прогноз и картирование режима грунтовых вод. Семенов С. —М., 1980; Гидрогеология. Саваренский Ф.П. —М., 1935.

fireman.club

их значение и влияние на строительную деятельность

Грунтовыми называются воды, залегшие на первом от поверхности земли водоупорном горизонте. Грунтовые воды характеризуются постоянным притоком, накапливаются как в рыхлых пористых, так и в твердых породах.

Использование грунтовых вод

Источником образования таких вод является проникновение атмосферных осадков, рек, водохранилищ, озер и приток влаги с поверхности земли. Уровень грунтовых вод постоянно меняется и представляет собой сглаженную поверхность, повторяющую, как правило, формы рельефа.

Колебание уровня зависит от различных факторов: выпадающих осадков, их интенсивности, особенностей климата, рельефа, наличия растительности, человеческой деятельности и многого другого.

Образование грунтовых вод

Способ природного образования грунтовых вод — это просачивание атмосферных осадков и вод с поверхности земли вглубь. Вода достигает водоупорного слоя, скапливается, питая породы пористого и трещиноватого характера, в результате появляются водоносные слои, которые называются горизонтами подземных вод. Поверхностный слой грунтовых вод, называют зеркалом подземных вод. Расстояние между водоупорным слоем и зеркалом — это мощность водоупорного слоя.

Состав грунтовых вод сильно отличается от состава поверхностных. Есть грунтовые воды богатые на минеральные вещества, благодаря своим физико-химическим особенностям они оказывают благотворное действие на организм человека. Водоносные пласты в местах речных долин и предгорьях могут самостоятельно вскрываться, образуя выход подземных вод на поверхность почвы в виде родничков и ключей. Особенную ценность представляют многие минеральные источники, которые используются в различных лечебных целях.

Грунтовые воды деятельного слоя необильны и мало минерализованы, используются человеком для бытовых потребностей.

Различают три категории грунтовых вод:

1. Верховодка;
2. Безнапорные;
3. Артезианские.

   Повышенный уровень грунтовых вод

Количество верховодки зависит от погоды и времени года, так как эта вода в основном образуется из осадков. Находится верховодка не глубже трех метров от поверхности.

Такие воды обычно ухудшают аграрные условия, но не влияют на строительство. Основные проблемы при сооружении зданий создают безнапорные грунтовые воды. Они негативно влияют на фундамент (образовывают трещины, деформируют, способствуют проседанию) и проложенные коммуникации. Артезианские воды применяют в обеспечении водоснабжения дома.

Гидрологические исследования

Уровни грунтовых вод беспрестанно колеблются. Это зависит от весенних паводков и половодья. Лучше всего измерять уровень именно весной, когда он наивысший. Для исследования выбранного участка нужно пробурить пробную скважину. Образцы грунта, которые были взяты из подготовленной скважины, изучаются, определяются их деформационные и прочностные свойства и местоположение водоносных горизонтов.

Иногда, благодаря исследованиям, обнаруживается вероятность подтопления. В итоге проектировщики принимают решение о реальности или невозможности строительства, определяют способ борьбы с грунтовыми водами, делают выводы о пригодности использования воды для питья.

Как бороться с грунтовыми водами?

Для того чтобы начать строительство необходимо обязательно провести гидрологическое исследование местности. От глубины залегания и количества грунтовых вод зависят долговечность дома и затраты на постройку. На борьбу с грунтовыми водами может уйти большое количество денег, иногда даже дешевле будет купить другой участок под застройку. Суть борьбы – собрать воды из грунта и убрать их с территории строительства.

Существует много приспособлений для удаления грунтовых вод. Но перед тем как выбрать способ понижения уровня грунтовых вод, нужно учесть некоторые факторы:

• Необходимый уровень понижения;
• Направление движения вод;
• Размер котлована для строительства и его формы;
• Наличие других построек на участке;
• Водопроницаемость грунта участка;
• Период, на какой необходимо осушить данную местность.

  Скважина под воду

Противостоять грунтовым водам можно выбрав подходящий тип фундамента (в некоторых сложных случаях строительство возможно только с использованием свай). Существует метод поверхностного водоотлива, в этом случае воды просачиваются сквозь поверхность котлована и откосов и поступают в водосборные канавы, откуда попадают в приямки, где и откачиваются насосами. Если грунт мелкозернистый, канавы заполняют песчано-гравийной смесью.

Для снижения уровня применяют трубный и беструбный дренаж. Трубный осуществляется с помощью перфорированных полимерных труб, которые укладываются на глубине 1,5-2 м. Беструбная технология предполагает создание довольно глубоких траншей, которые заполняются фильтрующими материалами (крупным песком, щебнем).

Также уровень понижают с помощью иглофильтровальных установок (труба, на конце которой расположен иглофильтр). С помощью шланга установка подсоединяется к насосу и к расположенному на поверхности вакуумному коллектору.

Факторы почвообразования

Рельеф и грунтовые воды как фактор почвообразования взаимосвязаны и играют важнейшую роль в формировании почвы. Их роль растворение и перемещение взмученных веществ, различных соединений под влиянием гравитации и капиллярной силы. Функции рельефа — равномерно перераспределять в почве воду и тепло, увлажняя ее, согревая твердые частицы. Выделяют несколько групп почв, которые отличаются особенностями и уровнем увлажнения:

• Почвы автоморфные – образовываются при глубоком (глубже 6 м) расположении грунтовых вод, на склонах с беспрепятственным стоком поверхностных вод и ровных земляных поверхностях;
• Полугидроморфные почвы – формируются при глубине грунтовых вод 3-6 метров, имеет место кратковременный застой поверхностных вод;
• Гидроморфные почвы – формируются при расположении грунтовых вод глубиной менее 3 метров с условием долговременного поверхностного застоя.

Значение грунтовых вод велико и для природы в целом, и для человеческой деятельности. Они являются постоянным источником подпитки рек и озер, наполняют растения влагой и снабжают их питательными веществами, растворенными в воде.

Пресные грунтовые воды используются людьми для водоснабжения, в промышленном производстве, орошения и наводнении земельных покровов. Минеральные воды оправдали себя как лечебные, а также являются источником добычи химического сырья, такого как бура, йод и многое другое.

Термальные воды, дающие тепло, используют для обогрева помещений и тепличных зданий.

No votes yet.

Please wait…

domnuzhen.ru