4. Прогноз процессов в грунтовой толще, связанных с понижением уровня грунтовых вод.

Водопонизительные работы изменяют скорость движения и направление потока грунтовых вод. Открытый водоотлив из котлованов и траншей может сопровождаться выносом частиц грунта из стенок за счет нисходящего потока – механическая суффозия. В несовершенных выемках под их дном возникает восходящий поток, который разрыхляет («разжижает») грунт – фильтрационный выпор. Глубинное водопонижение с помощью иглофильтров уплотняет грунт вокруг котлована и под его дном, вызывая оседание поверхности.

1. Прогноз суффозионного выноса.

Наиболее полно возможность развития суффозии можно определить по графику

В.С. Истоминой.

Рис. 8. График для оценки развития суффозии (по В.С. Истоминой):

I – область разрушающих градиентов фильтрационного потока;

II – область безопасных градиентов.

Координаты точки на графике:

C_u=30,5.

Величина гидравлического градиента при водопонижении:

• для котлована i=S/(0,33·R)=1,7/(0,33·34,5)=0,15

• для траншеи i=S/(0,33·R)=2,9/(0,33·34,5)=0,26

где S – разность напоров (отметок) водоносного слоя; R – путь фильтрации, равный радиусу влияния, м (используем максимальное значение R); 0,33 – коэффициент, ограничивающий значимый путь фильтрации областью, прилегающий к котловану.

Для котлована точка попадает во II область, область безопасных градиентов, для траншеи – в I область, область разрушающих градиентов. Для траншеи возможен суффозионный вынос.

2. Фильтрационный выпор.

В случае, если величина градиента при водопонижении достигнет значений i ≥ 1, в дне несовершенного котлована возможен фильтрационный выпор. Это имеет место при открытом водоотливе из котлована, огражденного шпунтовой стенкой.

3. Прогноз оседания поверхности земли при снижении уровня грунтовых вод.

Понижение уровня грунтовых вод вызывает увеличение давления грунта от собственного веса. Величина связанной с этим осадки зависит от глубины водопонижения и сжимаемости грунта. В пределах значительной площади осадка может быть неравномерной.

Предварительный расчет осадка территории можно произвести по формуле:

S_гр=Δg·S_w/2E, где

Δg=g-g_sb

g - удельный вес грунта, кН/м³;

g_sb=(g_s-g_w)·(1-n) - удельный вес грунта ниже уровня грунтовых вод;

g_s - удельный вес твердых частиц грунта, кН/м³;

g_w - удельный вес воды, кН/м³;

n - пористость, д. ед.;

S_w - величина водопонижения, м;

E - модуль общей деформации грунта в зоне депрессионной воронки, МПа.

5. Оценка воздействия напорных вод на дно котлованов и траншей.

В случае, если на площадке строительства выявлен напорный водоносный горизонт, необходимо проверить устойчивость грунтов в основании котлованов и траншей.

Возможны три варианта:

• р_изб < р_гр – дно выработки устойчиво;

• р_изб = р_гр – подъем дня котлована за счет разуплотнения грунта в его основании;

• р_изб > р_гр – прорыв напорных вод в котлован, где р_изб=g_w·H_w, р_гр=g·h_гр.

Схема, сопровождающая расчет:

В случае, если установлена возможность прорыва или подъем дна котлована, для уменьшения избыточного напора применяют глубинное водопонижение с помощью трубчатых колодцев-скажин (вода откачивается насосами или выходит самоизливом).

Величина избыточного напора межпластовых вод, залегающих на относительно небольшой глубине (до 30 м), может колебаться в диапазоне 10-15 м. Понижение напора на 10 м при водопонижении создает дополнительные напряжения в толще грунта

(0,1 МПа), сжатие грунта и, как следствие, оседание земной поверхности.