Строительство мостовых опор часто выполняется в сложных гидрогеологических условиях. Основание опоры может располагаться в пойме реки, на берегу или непосредственно в русле, где уровень подземных вод может находиться близко к поверхности. При разработке котлована водоприток дополнительно увеличивается из-за вскрытия водоносных горизонтов и нарушения естественного движения подземных вод.
Поддержание сухой рабочей зоны необходимо для устройства фундамента, армирования и бетонирования конструкций. При этом система должна не только удалять поступающую воду, но и предотвращать размыв грунта, суффозию и потерю устойчивости стенок котлована.
Почему строительство опор требует специального водопонижения
Условия строительства мостовых опор существенно отличаются от работ на обычной строительной площадке. Котлован может находиться в непосредственной близости от водоема, а иногда полностью располагаться в его акватории. На гидрогеологический режим при этом влияет уровень воды в реке, который меняется в зависимости от сезона и погодных условий.
При разработке котлована происходит перераспределение фильтрационных потоков. Изменение гидравлического градиента приводит к перераспределению фильтрационного потока в сторону котлована. Если грунты представлены песками, супесями или гравийно-песчаными отложениями, интенсивность фильтрации может быть значительной.
Основными задачами системы становятся:
- понижение уровня подземных вод до требуемой проектной отметки;
- уменьшение гидростатического давления на ограждение котлована;
- предотвращение поступления воды через дно и стенки;
- сохранение устойчивости окружающего грунтового массива;
- обеспечение стабильных условий для устройства фундамента.
Особое внимание требуется при наличии напорных вод. Их вскрытие при углублении котлована может вызвать резкий приток воды снизу и осложнить производство работ.
Исследование грунтов и расчет водопритока
Выбор технологии начинается с анализа инженерно-геологических и гидрогеологических условий. Необходимо определить состав и последовательность грунтов, положение водоупорных слоев, глубину водоносных горизонтов и их фильтрационные характеристики.
Важным параметром является коэффициент фильтрации. Он показывает способность грунта пропускать воду и непосредственно влияет на производительность водопонизительной системы.
Также учитываются:
- глубина котлована и размеры рабочей зоны;
- расстояние до русла или береговой линии;
- сезонный уровень воды;
- направление движения грунтовых вод;
- наличие напорных водоносных горизонтов;
- продолжительность строительных работ.
На основании полученных данных определяется требуемое понижение уровня воды и рассчитывается количество водоприемных устройств. Для сложных объектов могут использоваться несколько вариантов схем с последующим выбором оптимального решения.
Иглофильтровые системы для котлованов опор
При разработке относительно неглубоких котлованов в водопроницаемых песчаных грунтах эффективным решением могут быть иглофильтры. Они устанавливаются по периметру рабочей зоны или отдельными линиями, после чего подключаются к насосной установке и общему коллектору.
Глубина и шаг установки определяются расчетом. При выборе схемы иглофильтрового водопонижения необходимо учитывать проницаемость грунтов, требуемую глубину понижения и расчетную производительность системы. При недостаточной эффективности гравитационного водопонижения могут применяться вакуумные или эжекторные системы.
При недостаточной проницаемости грунта может применяться вакуумное водопонижение иглофильтрами. Создание разрежения улучшает условия отбора воды из грунтового массива и позволяет работать в слоях, где обычного гравитационного водопонижения недостаточно.
При этом необходимо учитывать возможность выноса мелких частиц грунта. При устройстве иглофильтров в соответствующих грунтовых условиях может применяться песчано-гравийная обсыпка, которая способствует снижению выноса частиц грунта в водоприемную систему.
Шпунтовое ограждение и коффердам
Если котлован располагается непосредственно в русле или зоне постоянного контакта с водой, одних водопонизительных устройств может быть недостаточно. В таких условиях создается изолированный контур, ограничивающий поступление воды к рабочей зоне.
Для этого применяют шпунтовые ограждения. Стальные шпунтовые элементы соединяются между собой и образуют замкнутую стенку вокруг будущей опоры. В зависимости от инженерно-геологических условий шпунтовое ограждение может заглубляться в грунт, обладающий низкой водопроницаемостью, если это предусмотрено расчетом.
После устройства ограждения вода из внутреннего пространства откачивается, а внутри контура выполняются земляные и фундаментные работы. Такая конструкция может выполнять одновременно несколько функций: ограничивать приток воды, удерживать грунт и создавать безопасную рабочую зону.
В сложных условиях шпунтование сочетают с иглофильтрами, водопонизительными скважинами или другими системами. СП 250.1325800.2016 допускает применение комбинированных решений при сложных инженерно-геологических и гидрогеологических условиях.
Когда требуется глубинное водопонижение
Если водоносный горизонт расположен значительно ниже дна котлована либо имеет напорный характер, применяются водопонизительные скважины. Их размещают внутри или за пределами ограждения в зависимости от расчетной схемы фильтрационного потока.
Водопонизительные скважины позволяют снижать уровень подземных вод на требуемой площади и, при соответствующей расчетной схеме, уменьшать напорное давление со стороны водоносных горизонтов. При необходимости верхний и нижний горизонты осушаются разными системами. Например, верхний слой может обслуживаться иглофильтрами, а глубокий напорный горизонт – скважинами.
Такой подход особенно актуален для мостовых опор с глубоким заложением фундамента.
Открытый водоотлив как дополнительная мера
Даже при работе полноценной водопонизительной системы полностью исключить поступление воды обычно невозможно. В котлован попадают атмосферные осадки, остаточные фильтрационные притоки и вода, поступающая через локальные участки ограждения.
Для ее сбора устраивают приямки или зумпфы, откуда вода удаляется насосами. Открытый водоотлив в данном случае является дополнительным элементом системы, а не заменой предварительного водопонижения.
Такое разделение особенно важно при строительстве опор в песчаных грунтах: неорганизованный или чрезмерный водоотлив непосредственно из основания котлована может при определенных условиях способствовать выносу мелких частиц грунта и нарушению устойчивости основания.
От чего зависит стоимость водопонижения
Стоимость работ формируется исходя из конкретных условий объекта. Поэтому стоимость водопонижения нельзя корректно определить только по площади котлована или количеству насосов.
На итоговые затраты влияют глубина понижения, продолжительность эксплуатации системы, характеристики грунтов, интенсивность водопритока, количество иглофильтров или скважин, необходимость устройства шпунтового ограждения и требования к резервированию оборудования.
Экономически эффективное решение предполагает не максимальную производительность насосов, а ее соответствие расчетному водопритоку. Избыточная мощность увеличивает эксплуатационные расходы, а недостаточная приводит к риску затопления и остановки строительных работ.
Контроль работы системы
После запуска водопонижения необходимо контролировать фактическое положение уровня грунтовых вод и работу оборудования. При сложных объектах организуют наблюдение за уровнями воды внутри и за пределами котлована, состоянием ограждений и устойчивостью прилегающего грунта.
Если фактический водоприток отличается от расчетного, схема может корректироваться: изменяется режим работы насосов, подключаются резервные агрегаты или устанавливаются дополнительные водоприемные устройства.
Для мостовых опор такой контроль особенно важен из-за высокой ответственности конструкций и сложных условий их возведения. Правильно рассчитанная и организованная система водопонижения позволяет создать устойчивую сухую рабочую зону и обеспечить нормальное выполнение фундаментных работ на протяжении всего строительного этапа.
Компания ООО «Инженерия» выполняет работы по водопонижению на объектах с различными гидрогеологическими условиями. Технология подбирается с учетом характеристик грунтов, глубины котлована, величины водопритока и особенностей строительства конкретной мостовой опоры.
