Незнание техники открытого водопонижения может привести к серьезным ошибкам. В готовом котловане или во время выемки грунта дрены необходимо размещать так, чтобы уровень грунтовых вод был на 20-40 см ниже уровня рабочей площадки, в противном случае выемка грунта затруднена. Затоптанный и перемятый глинистый грунт ведет себя как песок-плывун, и в таком месте осенью трудно подготовить рабочую площадку, пригодную для строительства фундамента. Углубление котлована или траншеи продолжают только после смены уровня приемного и сборного колодцев и заглубления дрен. Грунт вынимают в направлении, противоположном потоку грунтовых вод, поскольку задерживаемый поток будет размывать грунт.
Открытое водопонижение можно применять до тех пор, пока не появятся признаки суффозии. Будет допущена ошибка, если это явление не посчитают опасным и продолжат откачку воды, превращая грунт в непригодный для устройства фундамента. Верный признак восходящей суффозии - появление струек воды, которые выносят частички грунта и отлагают их у выходов как лаву вокруг кратеров вулканов, масса вынесенных частиц постоянно возрастает. Вымывание мелких минеральных частиц или их недостаток в считающемся прочном грунте делает его несущую способность неопределимой, в некоторых местах происходит оползание грунта, которое невозможно заранее предугадать. В таком случае следует немедленно прекратить откачку воды, а уровень ее повышать до тех пор, пока не исчезнут явления суффозии. Затем следует отыскать такой способ водопонижения, который исключит в дальнейшем такие явления. В подобной ситуации необходима помощь специалиста.
Обычно уровень грунтовых вод поддерживается с помощью постоянного или прерывистого откачивания и если его прекратить, то вода зальет котлован. Неожиданное обводнение вызывает разрушения в строящихся конструкциях, например, под давлением поднимающейся воды разрушается многослойная корытообразная гидроизоляция котлована.
Строительство следует организовать таким образом, чтобы не возникали описанные выше неожиданности. Проводя открытое водопонижение, особенно в дождливую погоду, часто включают насосы. Вместо постоянного визуального контроля целесообразнее использовать насосы с автоматическим управлением (рис. 28). При таком решении находящийся в водосборном колодце поплавок, изменяющий свое положение вместе с уровнем воды, включает или выключает насос. В результате отпадает необходимость в постоянном наблюдении за работой насоса, однако, нижний всасывающий клапан (рис. 29) в водосборном колодце иногда засоряется отложениями, не закрывается полностью и через него уходит необходимый для работы насоса столб воды. В таком случае выходит из строя работающий без нагрузки двигатель, а уровень грунтовых вод повышается.
Перед проектированием фундамента необходимо получить информацию о составе грунта: не менее важно иметь точные данные об уровне грунтовых вод, их объеме. Допускает ошибку тот, кто пренебрегает такой информацией, отсутствие которой приводит к различным повреждениям. Слои грунта имеют неодинаковую водопроницаемость. В таких слоях вода находится в состоянии покоя подчас на высоком уровне. Накопившиеся грунтовые воды не имеют стока и оказывают различное по величине давление на конструкции, фундаменты, погруженные в грунт (рис. 30). Например, на 1 м2 пола подвала, "погруженного" на 1 м в грунтовую воду, действует снизу вверх сила в 1 т. Чтобы противодействовать ей, необходимо уложить бетонную плиту толщиной около 0, 46 м. Эта опасная особенность грунтовых вод далеко не всем известна, поэтому иногда не обращают на нее должного внимания.
Вследствие неправильного определения высоты стояния грунтовых вод часто ошибаются в выборе типа гидроизоляции и устраивают в подвалах лишь изоляцию от влажности. Под давлением грунтовых вод пол подвала поднимается и гидроизоляция разрушается (рис. 31), вода заливает подвал, проникает по стенам в жилые помещения, вызывает образование плесени и высолов на стенах. Ремонт представляет собой непростую задачу. Необходимо устранить воду, затем выполнить четырехслойную напорную гидроизоляцию, которую защищают так называемым железобетонным корытом (рис. 32). Корыто устраивают таким образом, чтобы давление грунтовых вод можно было передать стенам здания. Способ этот дорог и трудоемок.
Перед началом строительства следует определить заранее не только уровень грунтовых вод, но также другие опасные их свойства. Встречаются грунтовые воды, в которых растворены сульфаты, соли и другие химические вещества, например органические кислоты, угольная кислота; нередко в них содержатся различные щелочи. Наиболее агрессивную среду создает вода с большим содержанием сульфатов; при воздействии на бетон она может его полностью разрушить. Имеющийся в воде серный ангидрид SO3 вступает в химическую реакцию с составляющими цемента, в результате чего образуется сульфоалюминат кальция - так называемая "цементная бацилла". Эта двойная соль растворяет и разрыхляет бетон; одновременно материал кристаллизуется. Начавшийся процесс легко можно определить по появлению на поверхности бетона белого гипсового налета, а затем по отслоениям, как после промерзания. В строительной практике применяют следующий способ защиты: в опасных местах используют цемент, в котором отсутствуют вещества, вступающие в химические реакции с агрессивными компонентами воды. Это так называемый сульфатостойкий портландцемент марки 350; кроме него, несколько меньшей стойкостью к агрессивной среде обладают и шлакопортландцементы.
Нередко на отдельных конструктивных элементах сооружения выступают белые, кристаллического вида солевые пятна - высолы. Специалисты называют их селитровыми налетами, хотя в большинстве своем это калиевые или натриевые соли. Такие налеты не только портят вид сооружения, но и свидетельствуют о том, что в конструкциях циркулирует влага, проникающая, например, из грунта.
Одна из важных проблем, которая может подстерегать будущего застройщика - недостаточное знание участка, на котором собирается производить строительство. Большим врагом здесь могут стать близко расположенные грунтовые воды, грозящие подтоплениями. Для начала надо обследовать уклоны участка, куда стекают и проникают ливневые воды, где происходит подтопление грунтовыми водами в межсезонье.
Близкое расположение грунтовых вод - самая большая проблема, с которой может столкнуться застройщик. Здесь уже возможен не только перекос стен и появление трещин, но и частичное выталкивание дома из грунта, сопровождаемое даже смещением и разрушением стен. Поэтому, если предварительный осмотр показывает близкое залегание грунтовых вод, лучше на этом участке не затевать строительства. Грунтовые воды сами по себе не уходят. В случае же невозможности отменить строительство и строить больше негде, то фундамент должен быть глубоким - не менее двух метров, кроме того, под ним надо укладывать песчаную подушку, а также систему дренажа. Для дренажа используют различные трубы: асбестоцементные, керамические, пластмассовые, из пористого бетона и др. Помимо этого, надо предусмотреть место сброса воды: либо в естественное углубление (овраг, водоем), либо в дренажный колодец, воду из которого надо будет откачивать. А сам фундамент необходимо снаружи обрабатывать густыми, вязкими не пропускающими воду составами, например битумом.
От того, каким в самом деле из себя представляет выбранный под строительство участок, зависят многие технические решения, такие как конструкция фундамента или подвала, площадь опоры этой конструкции на грунт, глубина заложения фундамента или подвала, мероприятия по гидроизоляции и отводу грунтовых вод, организация дренажа, заземления, мероприятия по благоустройству, а также технология выполнения работ и многое, многое другое. Это все не может не отразиться на сроках и цене работ.
Оптимальными для будущего фундамента будут условия, при которых глубина промерзания меньше глубины грунтовых вод. И, наоборот, тяжелыми условиями считаются условия, когда глубина промерзания больше глубины грунтовых вод.
Правильно спроектированный и установленный фундамент может благополучно служить многие столетия.
На качество слоёв земли большое влияние оказывает уровень грунтовых вод. В зимнее время под действием мороза грунты могут промерзать на различную глубину. Зачастую это ведёт к их вспучиванию. Наиболее хорошие условия для строительства фундамента, если глубина промерзания меньше глубины грунтовых вод. И, наоборот, если глубина промерзания больше глубины грунтовых вод, такие условия будут достаточно тяжёлыми.
Грунтовые воды образуются в результате инфильтрации осадков и поверхностных вод. Они скопляются в водоносных (песчаных) слоях, расположенных над водоупорными (глинистыми или скальными), и встречаются на различной глубине от поверхности земли.
Следует различать поток грунтовых вод и бассейн. В первом случае движение грунтовых вод направлено в сторону понижений или по уклону водоупора, причем скорость движения зависит от фильтрующих свойств грунта и уклона потока. Уровень грунтовых вод вблизи водоемов (рек, озер, каналов и др.) обычно связан с колебаниями в них уровня воды, и движение этих грунтовых вод происходит обычно в сторону водоема; в некоторых случаях, в зависимости от времен года, движение грунтовой воды может иметь обратное направление — от водоема. Следует иметь при этом в виду, что при высоких скоростях движения грунтовые воды захватывают и уносят с собой мелкие частицы водоносного слоя, уменьшая этим его плотность и сопротивление сжатию.