Расчетный уровень грунтовых вод: чем отличается от замеренного и зачем он нужен проектировщику

Положение расчетного уровня грунтовых вод влияет тип и состав инженерной защиты, на гидроизоляцию, дренаж, глубину заложения фундамента и проверку подземной части здания на всплытие. Однако уровень, зафиксированный в скважине во время инженерно-геологических изысканий, нельзя автоматически использовать в расчетах.

Замер установившегося уровня грунтовых вод показывает гидрогеологические условия площадки на конкретный день. Расчетный уровень грунтовых вод должен учитывать сезонные и многолетние колебания, возможность образования верховодки и то, как изменится водный баланс территории после строительства.

Коротко: если в техническом отчете приведен только уровень воды на дату бурения, проектировщику может не хватить данных для обоснования при проектировании гидроизоляции, дренажа и защиты здания от подтопления его подвальных помещений. Необходимость прогнозных и гидрогеологических работ лучше определить до выхода изыскателей на площадку и отразить в задании и программе работ.

Чем расчетный уровень отличается от замеренного

Замеренный уровень грунтовых вод — это фактическое положение подземных вод на определенную дату. Буровая бригада вскрывает водоносный горизонт, фиксирует появление воды, дожидается установления уровня в скважине и заносит результат в полевой журнал.

Расчетный уровень грунтовых вод — это отметка, принимаемая для проектирования с учетом возможных изменений гидрогеологических условий. Она нужна, чтобы определить величину подъема грунтовых вод и выбрать решения, которые будут работать не только во время изысканий, но и в период строительства и эксплуатации объекта.

Понятие гидрогеологического прогноза приведено в СП 250.1325800.2016 «Здания и сооружения. Защита от подземных вод». Гидрогеологический прогноз , позволяет качественно и количественно оценить изменения гидрогеологических условий под влиянием строительства и эксплуатации объекта.

Замеренный и расчетный уровни грунтовых вод могут совпадать, но такое совпадение должно быть обосновано. Например, необходимо понимать, в какой сезон года выполнено бурение, насколько представительны наблюдения и изменит ли будущая застройка условия питания и движения подземных вод.

Какие уровни фиксируют во время бурения

В полевых материалах обычно приводят несколько показателей:

• уровень появления воды — глубину, на которой скважина вскрыла водоносный грунт;
• установившийся уровень — положение воды после стабилизации в скважине;
• контрольные замеры после выстойки скважины;
• дату и условия проведения каждого замера.

Разница между уровнем появления и установившимся уровнем может указывать на наличие напора. Результаты приводят как в виде глубины от устья скважины, так и в абсолютных отметках принятой системы высот.

Для проектировщика особенно важны абсолютные отметки. После вертикальной планировки поверхность участка изменится, поэтому глубина воды от земли может стать другой, тогда как ее высотное положение останется сопоставимым с отметками фундамента и подземных конструкций.

Все полевые значения относятся к конкретному периоду наблюдений. Уровень подземных вод меняется в течение года: он может подниматься во время весеннего снеготаяния и продолжительных осадков и снижаться в маловодные периоды. Если бурение выполнено летом или зимой, полученный замер может не отражать сезонный максимум.

Отдельно учитывают верховодку. Она образуется над локальными слабопроницаемыми слоями после снеготаяния или сильных дождей и может исчезать в сухой сезон. Поэтому в летний период скважины иногда ее не фиксируют, а весной она создает водоприток в котлован.

Почему вода может подняться после застройки участка

Строительство меняет естественный водный баланс территории. На положение подземных вод могут повлиять:

• утечки из водопровода, канализации и теплосетей;
• изменение поверхностного стока после вертикальной планировки;
• сокращение испарения под зданиями и твердыми покрытиями;
• полив газонов и зеленых насаждений;
• прекращение строительного водопонижения;
• подпор со стороны водоема, канала или накопителя;
• перекрытие пути фильтрации подземной частью здания или ограждением котлована.

Последний фактор называют барражным эффектом. Подземная конструкция работает как преграда: перед ней уровень воды может подняться, а за ней — снизиться. Риск зависит от строения водоносного горизонта, глубины сооружения, типа ограждения котлована и степени перекрытия потока.

Типовая ситуация: изыскания выполнили в сухой период и зафиксировали воду ниже подошвы фундамента. После строительства естественный сток изменился, а подземная часть здания частично перекрыла водоносный пласт. В результате вода поднялась до конструкций, хотя во время бурения такой отметки не наблюдали. Если этот сценарий не был учтен, приходится усиливать гидроизоляцию или устраивать дренаж уже после появления протечек.

Какие гидрогеологические данные должны быть в техническом отчете

СП 250.1325800.2016 устанавливает состав исходной информации, необходимой для проектирования защиты сооружений от подземных вод. В зависимости от задачи и условий площадки проектировщику могут потребоваться:

• сведения об уровнях верховодки и водоносных горизонтов;
• расчетный уровень с учетом сезонных колебаний на период эксплуатации здания;
• коэффициенты фильтрации грунтов;
• результаты химического анализа подземных вод и грунтов с указанием глубины отбора проб;
• сведения об агрессивных и потенциально опасных компонентах;
• прогноз изменения уровней и состава подземных вод под влиянием строительства.

Химический состав необходимо исследовать для тех водоносных горизонтов и инженерно-геологических элементов, которые будут контактировать со строительными конструкциями. Одной пробы на весь разрез может быть недостаточно.

При этом состав конкретных изысканий определяют не одной общей формулировкой из свода правил. Он зависит от характеристик объекта, стадии проектирования, сложности гидрогеологических условий и проектных решений. Требуемый результат следует закрепить в техническом задании, а методы, объемы и сроки — в программе изысканий.

Если для обоснования расчетного уровня исходных данных недостаточно, могут понадобиться дополнительные исследования или отдельный гидрогеологический расчет.

Из чего складывается прогноз изменения уровня подземных вод

Прогнозная отметка — это не дополнительная строка в ведомости замеров. Ее обоснование может включать отдельный цикл работ.

1. Анализ режима подземных вод

Используют наблюдения на площадке, архивные материалы и данные наблюдательной сети. При недостатке сведений предусматривают режимные наблюдения, продолжительность которых определяется программой работ.

2. Определение фильтрационных параметров

В зависимости от гидрогеологических условий выполняют откачки, наливы и другие опытно-фильтрационные работы. Табличных значений коэффициента фильтрации для сложного прогноза может быть недостаточно.

3. Оценка техногенной нагрузки

Учитывают водозаборы, дренажи, водоемы, коммуникации и существующие подземные сооружения в области влияния объекта.

4. Гидрогеологическая схематизация

В разрезе выделяют водоносные горизонты, водоупоры и направления движения воды.

5. Расчет

В зависимости от сложности задачи применяют аналитические методы или математическое моделирование фильтрации.

Оценить барражный эффект только по данным бурения часто невозможно. Для расчета нужны проектные отметки, глубина подземной части, конструкция ограждения котлована и степень перекрытия водоносного горизонта. Поэтому гидрогеологическую оценку нередко уточняют после появления проектных решений.

Если взаимное влияние сооружения и подземных вод отсутствует, развернутые гидрогеологические расчеты могут не потребоваться. Но и в этом случае вывод об их ненужности должен быть обоснован совместным анализом материалов изысканий и проектных решений.

Как заказчику согласовать состав работ до начала изысканий

Главная задача заказчика — заранее определить, какие исходные данные понадобятся проектировщику.

До начала полевых работ рекомендуется:

1. Передать изыскательской организации схему посадки здания, предварительные отметки и предполагаемую глубину заложения фундаментов.

2. Указать наличие подвала, паркинга, стилобата, подпорных стен и других заглубленных конструкций.

3. Согласовать с проектировщиком, нужны ли данные для расчета дренажа, водопонижения, гидроизоляции и проверки на всплытие.

4. Прописать в задании необходимость определения расчетного уровня и прогноза изменения гидрогеологических условий, если это требуется для объекта.

5. Определить, понадобятся ли режимные наблюдения, опытно-фильтрационные работы и гидрогеологическое моделирование.

6. Убедиться, что требуемые работы, сроки и форма результата включены в программу изысканий и стоимость договора.

7. Предусмотреть уточнение прогноза после разработки подземной части здания, если возможен барражный эффект.

Такой порядок помогает избежать ситуации, когда уже на стадии проектирования или экспертизы выясняется, что в отчете не хватает данных. Дополнительный выезд на площадку занимает время, а режимные наблюдения невозможно выполнить задним числом.

На какие проектные решения влияет расчетный уровень

От одной отметки зависит сразу несколько частей проекта:

• тип и состав системы защиты от подземных вод;
• гидроизоляция стен, фундаментной плиты, швов и вводов коммуникаций;
• марка бетона по водонепроницаемости и защита конструкций от коррозии;
• расчет гидростатического давления;
• проверка подземной части здания на всплытие;
• необходимость постоянного или временного дренажа;
• параметры строительного водопонижения;
• глубина заложения фундамента с учетом условий морозного пучения;
• конструкция котлована и последовательность производства работ.

Чем выше принимаемый расчетный уровень, тем больше давление воды на подземные конструкции. Поэтому изменение отметки даже на один метр может потребовать перерасчета фундаментной плиты, корректировки гидроизоляции, дренажа и сметной стоимости.

Какие замечания может выдать экспертиза

К гидрогеологической части материалов изысканий и проекта могут возникнуть следующие замечания:

• расчетный уровень принят без достаточного обоснования;
• в отчете отсутствует необходимый прогноз изменения уровней или состава подземных вод;
• отметки воды в изысканиях, расчетах конструкций и проекте гидроизоляции не согласованы между собой;
• не учтены сезонные колебания или возможность образования верховодки;
• химический анализ не охватывает грунты и водоносные горизонты, контактирующие с конструкциями;
• отсутствуют данные для расчета дренажа, водопонижения или проверки здания на всплытие;
• не оценен барражный эффект;
• не выполнены необходимые гидрогеологические расчеты и не обосновано, почему они не требуются.

Устранить такие замечания можно двумя способами: дополнить материалы изысканий необходимыми исследованиями либо обосновать проектное решение расчетом на базе достаточных исходных данных.

Первый вариант требует повторной организации работ. Второй возможен только в том случае, если собранной информации действительно хватает для достоверного расчета.

Вывод

Уровень воды, зафиксированный в скважине во время бурения, и расчетный уровень для проектирования — не одно и то же. Полевой замер характеризует площадку на конкретную дату, а расчетная отметка должна учитывать сезонные колебания, гидрогеологические условия участка и влияние будущего строительства.

Поэтому состав работ следует согласовать до начала изысканий. Заказчику важно заранее передать сведения о подземной части объекта, определить совместно с проектировщиком необходимые результаты и закрепить их в задании и программе. Это снижает риск дополнительных работ, задержек при проектировании и замечаний экспертизы.

Если вы готовите площадку к проектированию, специалисты ООО «Гектар Групп Инжиниринг» помогут определить необходимый состав гидрогеологических работ, подготовить техническое задание и предоставить исходные данные для обоснованного выбора типа и состава инженерной защиты.