-114-

WYKŁAD (uzupełnić od KBI)( to już końcowy wykład)

WYKŁAD

Odwodnienie

W przypadku schodzenia poniżej zwierciadła wody gruntowej należy każdorazowo opracować koncepcję robót fundamentowych.

Sposoby odwodnienia

1) Bezpośrednie pompowanie wody z wykopów.

2) Drenaż poziomy,

3) Drenaż pionowy,

Ad 1) Bezpośrednie pompowanie wody z wykopów.

Najprostszy i najtańszy sposób wykonywania wykopów poniżej zwierciadła wody gruntowej. Ale muszą być stosowane jedynie przy małej ilości dopływającej wody. Przepływ wody w kierunku dna wykopu powoduje rozluźnienie gruntu i może spowodować zjawiska:

-kurzawkowe - płynięcie gruntu,

-sufozji - wymywanie drobnych cząstek gruntu,

Ze względu na niebezpieczeństwo powstania kurzawki nie należy stosować bezpośredniego odwodnienia wykopu w pyłach piaszczystych oraz piaskach pylastych i drobnych.

W przypadku posadowienia nowych obiektów na różnych głębokościach należy pamiętać, że budynki bardziej zagłębione nie powinny być wykonywane w pierwszej kolejności. Wpływ cząstek i przyrostu naprężeń jest bardziej

a już zabudowanego. Należy również ograniczyć prędkość pompowania wody z wykopu. Prędkość przepływu wody w gruncie nie może przekroczyć tzw. prędkości krytycznej.

Stosowanie bezpośredniego odwodnienia wykopu wymaga ustalenia:

-spodziewanej ilości wody dopływającej do wykopu,

-sposobu drenowania dna wykopu i i miejsca skierowania odprowadzonej wody.

-rodzaju, wydajności i ilości niezbędnych agregatów pompowych

Odprowadzenie wody z dna wykopu.

W wykopie należy zebrać wodę małymi rowkami odprowadzającymi do rowu głównego, który prowadzi wodę do dołu lub studzienki. Głębokość jej musi być większa od dna wykopu. Wodę pompujemy aż do chwili związania betonu w fundamentach.

Rodzaje pomp:

Dla odwodnień wykopów fundamentowych stosowane są pompy:

1) Przeponowe,

2) wirowe (odśrodkowe),

3) głębinowe.

Klasyfikacja i systemy drenowania:

1). Podział ze względu na sposób odprowadzenia wody:

-drenaż poziomy,

-drenaż pionowy.

Drenaż poziomy składa się z saczków i studzienek. Stosuje się do trwałego odwodnienia terenu lub jako drenaża roboczego (dla wykonywania wykopu i założenia izolacji wodoszczelnej).

-115-

Drenaż pionowy: składa się ze studni wierconych lub wpłukiwanych, albo igłofiltrów. W zasadzie stosuje się do czasowego obniżenia zwierciadła wody gruntowej (wykop i izolacja wodoszczelna).

2) W zależności od głębokości położenia sączków lub zapuszczenia studni w stosunku do warstwy nieprzepuszczalnej rozróżnia się drenowanie:

-zupełne (doskonałe) - jeżeli sączki i otwory sięgają do warstwy nieprzepuszczalnej,

-niezupełne (niedoskonałe) - jeżeli sączki lub otwory studzienne nie dochodzą do warstwy nieprzepuszczalnej.

3) Zależnie od układu ciągów drewnianych w terenie rozróżnia się drenowanie:

a) symetryczne,

b) opaskowe (lub pierścieniowe),

c) czołowe i brzegowe,

Ad a) Drenaż systematyczny - równomierne założenie drenów poziomych lub pionowych na całym terenie. Sączki - zbieracze - kolektor, lub układ studni czerpalnych.

Przesuwanie systematyczne poziome.

-116-

Ad b) Drenaż opaskowy - najbardziej rozpowszechniony, ułożenie wokół obiektu lub parceli sączków połączonych ze studzienkami i studnią zbiorczą, skąd doprowadza się wodę do kolektora. Drenaż pionowy składa się z układu studni rozmieszczanych wzdłuż obszaru odwadnianego obiektu, połączonych rurociągiem ze stacją pomp.

Ad c) Drenaż warstwowy - w gruntach pylastych i ilastych o małym współczynniku filtracji drenaż opaskowy może nie dać dostatecznych efektów, wtedy korzystne może być zastosowanie drenażu warstwowego. Polega on na ułożeniu warstwy żwiru i piasku bezpośrednio pod fundamentem, która jest wykorzystywana jednocześnie jako poduszka żwirowo-piaskowa. W tej warstwie zakłada się rurli sączkowe prowadzące bezpośrednio do studzienki zbiorczej.

-117-

Drenaż czołowy i brzegowy - drenaż czołowy polega na przechwyceniu wód opadowych stanowiących zasilanie boczne. Drenaż brzegowy ma przechwycić wodę przenikającą do podłoża z rzeki lub zbiornika wodnego. Ten sposób drenowania jest szczególnie korzystny, gdy warstwa nieprzepuszczalna zalega płytko - wtedy może odciąć całkowity dopływ wody. Przy głębokim zaleganiu warstwy nieprzepuszczalnej drenaż przejmuje tylko część napływającej wody.

Zasady wykonywania poziomego drenaża opaskowego.

1. Obszar otoczony drenażem powinien być jak najmniejszy.

2. Głębokość założenia drenów wynika z zapewnienia dostatecznego obniżenia zwierciadła wody gruntowej.

3. W drenażach stałych sączki powinny być założone poniżej głębokości przemarzania.

4. Do głębokości 4,0m. można stosować sączki wypalone z gliny, poniżej rurki betonowe lub kamionkowe.

5. Woda przesącza się do rurek przez szczeliny styków, a nie przez ścianki rurek, dlatego układa się je na styk ze szczeliną 0,5-1,0mm, czasem ze względu na możliwość zanieczyszczenia i zarastania korzeniami zaleca się stosować szczeliny 4 do 7mm. Dlatego styki sączków w górnej i dolnej części zabezpieczamy paskami papy. Uzależnia się również wielkość szczelin od średnicy ziarn materiału obsypki. Szczeliny 1,25-1,5d_ś® (w gruntach jednorodnych), i 1,5-2,0d₅₀ (w niejednorodnych)

(d_rr- przeciętna średnica ziarn).

-118-

6. W ciągu drenowym woda płynie nie tylko w rurce, lecz w całym przekroju drenowym łącznie z obsypką. Woda może powodować rozmywanie podłoża gruntowego, szczególnie zbudowanego z gruntów słabych. Dla wzmocnienia podłoża stosuje się:

-poduszki piaskowo-żwirowe, grubości 15-20cm,

-poduszki betonowe, grubości 10-15cm,

-deski żelbetowe,

-posadowienie na palikach.

7. Celem obsypki jest:

-ułatwienie dopływu wody do drenażu,

-ochrona rurociągu przed zamulaniem,

-zabezpieczenie otaczającego gruntu przed rozmyciem,

Materiał do obsypki dodaje się według zasady filtru odwrotnego, tzn. uziarnienie powinno się zwiększać od gruntu w kierunku rurki drenarskiej.

Wodę z drenażu odprowadzamy do:

1. Naturalnych zbiorników wodnych: rzek, jezior,

2. kanalizacji ogólnospławnej

3. przepompowuje.

Obliczanie drenaża opaskowego

Celem obliczeń drenaża opaskowego jest:

1. Sprawdzenie zasięgu depresji,

2. Ustalenie średnicy sączków,

3. Ustalenie właściwych spadków drenaży,

Ad 1) Zasięg depresji.

S- obniżenie poziomu wód od stanu nie obniżonego do poziomu wody w rurce sączka,

k- wskaźnik wodoprzepuszczalności

-119-

Zasięg depresji R

-wzór Sichardta R=10*S* dla k m/dpbę

R=3000*S* dla k m/s

-wzór Kusakina R=2*S* dla k m/dobę

R=575*S* dla k m/s

Według Sichardta wychodzi kilkakrotnie większe niż według Kusakina. Wzór Sichardta odpowiada stanowi przy dłuższym okresie pracy drenaża. Wzór Kusakina przy okresowym obniżeniu poziomu wody (np. drenaż roboczy), lub dla drenaża pionowego, normalnie daje wartości zaniżone.

Wpływ odwodnienia podłoża na osiadanie budowli

Odwodnienie podłoża może spowodować następujące zjawiska powodujące dodatkowe osiadanie budowli:

1. Przyrost naprężeń pierwotnych w szkielecie gruntowym.

2. Zmiana rozkładu naprężeń pod fundamentem.

3. Wypłukiwanie cząstek ilastych i pylastych.

4. Chwilowe zmniejszenie tarcia wewnętrznego w gruncie.

Osiadania spowodowane 1 i 2 można z ograniczoną dokładnością obliczyć. Natomiast spowodowane 3 i 4 dotychczas opracowanymi metodami nie można obliczyć.

Odwodnienie terenu powoduje przyrost naprężeń pierwotnych w podłożu.

Spowodowane to jest następującymi przyczynami:

1. W odwodnionej strefie gruntu przestaje działać prawo wyporu,

2. Zmienia się poziom wód kapilarnych,

3. W czasie odwadniania działa ciśnienie spływowe.

Nierównomierność osiadań

a) wpływ naprężenia normalnego na wartość modułu ściśliwości gruntu.

-120-

Trzykrotna różnica modułów ściśliwości.

b) Krzywa depresji - różne obniżenie wody w poszczególnych punktach.

Kurzawka

Kurzawką nazywa się naruszenie stateczności gruntu w wyniku działania ciśnienia hydrodynamicznego, polegające na tym, że grunt przestaje stawiać opór przepływowi i zaczyna płynąć razem z wodą. Wytrzymałość na ścinanie spada do zera. Najbardziej podatne na te zjawiska są piaski pylaste i drobne, zwłaszcza zawierające domieszkę cząstek iłowych.

W praktyce niekiedy kurzawką nazywa się rodzaj gruntu (nawodnione piaski pylaste i drobne) podatny na zjawiska kurzawkowe.

Sofozja

Sofezją nazywa się wymywanie, przez wypływającą wodę w podłożu, najdrobniejszych cząstek gruntu, ziarna większe pozostają nie naruszone. W procesie tym następuje zwiększenie porowatości i objętości pór gruntu. Sufozja mechaniczna zachodzi w gruntach mało spoistych i pylastych.

Przydatność gruntów do budowy nasypów

Przy prowadzeniu robót ziemnych bardzo istotne jest uzyskanie wymaganego zagęszczenia gruntu.

1. Badania laboratoryjne zagęszczalności gruntów spoistych.

Określa się w_opt i , stosując tzw. aparat Proctora:

-metodą normalną - 3 warstwy, 25 uderzeń, ubijak 2,5kg, wysokość 32cm na próbkę E_c=589J.

-metodą zmodyfikowaną (AASHO) - większa energia zagęszczania - 5 warstw, ubijak 4,5kg, wysokość 48 cm , E_c=2649J.

2. Badania laboratoryjne zagęszczania gruntów niespoistych

-najczęściej prowadzi się na stole wibracyjnym (USBR)

wskaźnik zagęszczenia (- maksymalna gęstość objętościowa szkieletu gruntowego.

Pod względem przydatności gruntów do ich wbudowania w nasypy możemy wyróżnić 4 grupy:

1. Nie nadające się do budowy nasypów:

-iły o w_L>65%,

-grunty niezagęszczalne <1,6 g/cm³

-grunty organiczne

Wbudowane ich jest możliwe jedynie w przypadku modyfikacji ich właściwości za pomocą tzw. stabilizatorów.

-121-

2. Mało przydatne

-grunty spoiste o w_h>w_opt takiej, że nie zapewniają możliwości uzyskania właściwego I_s.

Grunty te wymagają osuszenia lub mogą być wbudowane w niższą partię nasypów, pod warunkiem przewarstwienia przepuszczalnymi gruntami i ich konsolidację przed rozpoczęciem eksploatacji nasypu. W_opt<w_p

3. Dobre - grunty spoiste (w_L65%) o wilgotności bliskiej w_opt (), które można wbudować w nasyp, uzyskując wymaganą wartość I_s.

Zaleca się ich wbudowanie poniżej głębokości przemarzania. Powyżej głębokości przemarzania grunty niewysadzinowe.

(w drogownictwie np. <3% cząstek o średnicy <0.02mm).

4. Bardzo dobre.

Piaski, pospółki i żwiry, dające się łatwo zagęścić, są mało wrażliwe na zawilgocenie.

Piaski:

a) dobrze uziarnione ,

b) źle uziarnione.