Jak obniżyć wysoki poziom wody gruntowej

Niestety nie zawsze wykonanie robót ziemnych powyżej zwierciadła wód gruntowych jest możliwe. Niekiedy fundamenty muszą zostać wykonane poniżej poziomu wody gruntowej. W tym tekście dowiesz się jak obniżyć wysoki poziom wody gruntowej aby możliwe było przystąpienie do wykonania robót ziemnych.

Kilka podstawowych informacji na temat wody gruntowej

W środowisku gruntowym woda może występować w różnych formach, wody kapilarnej, higroskopijnej, błonkowatej lub wody wolnej. Mówiąc o występowaniu wody w podłożu gruntowym, najczęściej mamy na myśli tzw. wodę wolną, wypełniającą przestrzenie porowe w gruncie poniżej zwierciadła wody.

Zwierciadło wód gruntowych, zwane inaczej lustrem wody, stanowi granicę między strefą aeracji, gdzie pory w gruncie są wypełnione powietrzem, a strefą saturacji, w której pory gruntowe wypełnia woda. Jeżeli zwierciadło wód gruntowych znajduje się blisko powierzchni ziemi, sprawiając że strefa aeracji jest minimalna lub w ogóle nie występuje, tego typu wodę gruntową nazywamy wodą zaskórną lub przypowierzchniową.

Swobodne a napięte zwierciadło wody

Istotną rzeczą, którą należy uwzględnić przed przystąpieniem do wykonania odwodnienia jest rodzaj zwierciadła wody gruntowej. Możemy wyróżnić tutaj dwa rodzaje: zwierciadło napięte oraz swobodne. Zwierciadło napięte występuje w sytuacji kiedy woda w strefie saturacji znajduje się pod ciśnieniem hydrostatycznym, powodowanym przez nadległą warstwę słaboprzepuszczalną.

Zwierciadło swobodne nie graniczy od góry z warstwą słaboprzepuszczalną, która mogłaby takie ciśnienie powodować. Dlatego w przypadku nawiercenia zwierciadła swobodnego, poziom wody gruntowej bardzo szybko się stabilizuje na podobnej głębokości. W przypadku nawiercenia zwierciadła napiętego, poziom wody w otworze wiertniczym, może się znacznie podnieść.

W wyjątkowych przypadkach, gdy ciśnienie powodowane przez warstwę słaboprzepuszczalnego nadkładu jest wystarczająco duże, może dojść do samowypływu wody na powierzchnię terenu. Mamy wtedy do czynienia z wodami artezyjskimi.

Z powyższych względów rozpoznanie warunków gruntowo-wodnych przed przystąpieniem do wykonywania robót ziemnych jest bardzo ważne. Jeżeli mamy wątpliwości lub po prostu nie wiemy czego możemy się spodziewać pod powierzchnią terenu, warto jest zlecić badanie podłoża gruntowego firmie geotechnicznej. Poprawne rozpoznanie geologiczne oraz ustalenie stosunków wodych pozwoli mieć pewność co do wykonywanych działań.

Jak obniżyć wysoki poziom wody gruntowej w projektowanym wykopie

Odwodnienie podłoża gruntowego może zostać wykonane na jakiś określony okres czasu lub na stałe. Jeżeli chcemy wykonać wykop i w tym celu obniżyć zwierciadło wód gruntowych, to zapewne będzie to działanie doraźne. W sytuacji gdy zbyt wysoki poziom wody gruntowej stanowi cyklicznie powtarzający się problem dla istniejącego budynku, można zainstalować drenaż na stałe.

Obniżanie poziomu wody gruntowej w przypadku zwierciadła swobodnego

Kiedy chcemy zaprojektować wykop, którego dno będzie sięgało poniżej zwierciadła wód podziemnych, należy obniżyć poziom tych wód, o co najmniej 0,5 m poniżej dna wykopu.

Jest to działanie profilaktyczne, które ma zapobiec podniesieniu się zwierciadła wód gruntowych na tyle aby woda wdarła się do wykopu np. na skutek intensywniejszych niż zwykle opadów deszczu. Jeżeli jednak doszłoby do takiej sytuacji, to należy unikać wypompowywania wody z dna wykopu. Skutkiem takiego wypompowywania może być nadmierne rozluźnienie lub wręcz upłynnienie gruntu na dnie.

Tego typu sytuacje, które nagminnie zdarzają się na budowach, wynikają z tego, że ciśnienie spływowe wody w gruncie, na skutek pompowania jej z dna wykopu, jest skierowane do góry. Woda płynąca do góry, przepływając między ziarnami gruntu, narusza jego strukturę i zaczyna wymywać drobniejsze cząsteczki gruntu. Przez to grunt staje się luźniejszy lub upłynniony.

Nie zawsze tego typu zjawisko ma miejsce. Jeżeli pod dnem wykopu znajdują się grunty o frakcji gruboziarnistej lub żwirowej, to prawdopodobieństwo ich wypłukania podczas pompowania jest niewielkie. Wynika to po prostu ze zbyt dużego ciężaru ziarn gruntu w stosunku do siły przepływającej od dołu wody.

W sytuacji kiedy warstwa wodonośna ma niewielką miąższość, powinno się odciąć dopływ wody do wykopu za pomocą ścianek szczelnych. Aby to zrobić trzeba je wbić w strop warstwy słaboprzepuszczalnej znajdującej się poniżej. Wtedy pompowanie wody z dna wykopu będzie miało praktyczny sens.

Ponadto, w celach profilaktycznych, gdy zwierciadło wód gruntowych jest blisko dna wykopu, można wykonać specjalny rowek, którym woda znajdująca się tuż pod dnem będzie odprowadzana. W tym celu w narożniku lub kilku narożnikach wykopu wykonuje się pogłębienie wykopu zabezpieczone kręgami betonowymi, do których doprowadza się rowek. Dzięki temu, odpompowywanie wody z dna wykopu odbywa się bez naruszania struktury gruntu.

Obniżanie poziomu wód gruntowych w przypadku zwierciadła naporowego

Jeżeli chcemy wykonać wykop, mając świadomość że warstwa słaboprzepuszczalna stanowiąca jego dno, jest jednocześnie barierą dla napierającej wody, trzeba zachować szczególną ostrożność. Bardzo łatwo jest naruszyć stan równowagi między warstwą słaboprzepuszczalną a ciśnieniem hydrostatycznym które jest na nią wywierane.

W sytuacji gdy dno wykopu będzie sięgać poniżej piezometrycznego poziomu wody (czyli poziomu wody po jej ustabilizowaniu), utworzy się ciśnienie spływowe. W wyniku zbyt dużego zmniejszenia miąższości warstwy słaboprzepuszczalnej, nastąpi przebicie dna wykopu. Woda będąca pod ciśnieniem, wraz z mniejszymi cząsteczkami gruntu utworzy na dnie wykopu kurzawkę.

Jeżeli proces wlewanie się wody nie zostanie zatrzymany, to woda wypełni wykop do piezometrycznego poziomu wody gruntowej. W momencie wystąpienia takiej sytuacji, zamiast próbować wypompowywać wodę, należy ją wlewać do wykopu celem wyrównania ciśnienia. Ograniczy to jej napływ a tym samym i szkody powodowane w dnie wykopu.

Obniżanie wysokiego poziomu wody gruntowej za pomocą igłofiltrów lub studni depresyjnych

Tego typu zabieg w budownictwie stosuje się najczęściej wykonując studnie depresyjne lub instalując igłofiltry. Obie metody mają na celu obniżenie poziomu zwierciadła wód gruntowych na czas wykonywania prac ziemnych związanych z budową.

Igłofiltry umieszczone w gruncie przeważnie sięgają do głębokości 4-6 m, zwykle pozwalają na obniżenie poziomu wód gruntowych o 4 m. Instalacja igłofiltrów jest bardzo prostym i wygodnym rozwiązaniem, sam proces wpłukiwania igłofiltra w podłoże gruntowe trwa dosłownie chwilę. Dlatego instalacje igłofiltrowe są obecnie bardzo często stosowanym sposobem na obniżenie zwierciadła wód gruntowych w celu wykonania wykopów.

Ważne aby tego typu urządzenia odwadniające pobierały wodę z najbardziej przepuszczalnych warstw wodonośnych. Ma to zapobiec wymywaniu drobnych cząstek gruntu, a tym samym osłabieniu podłoża gruntowego. W przypadku studni depresyjnych, trzeba pamiętać o zastosowaniu odpowiedniej obsypki filtrowej. Zbyt duża granulacja obsypki sprawi że studnia może się piaszczyć, zbyt mała granulacja spowoduje że studnia będzie mało wydajna.

Jeżeli chodzi o rozmieszczenie studni depresyjnych to można wyróżnić drenaż: systematyczny, opaskowy lub brzegowy. W przypadku drenażu systematycznego, studnie depresyjne są rozlokowane względem siebie w formie siatki, pokrywając w ten sposób odwadniany teren.

Drenaż opaskowy polega na wykonaniu studni, które będą otaczać odwadniany teren. Z kolei drenaż brzegowy polega na rozmieszczeniu studni w szeregu. Tworzy to pewnego rodzaju barierę, która w znaczny sposób ogranicza lub uniemożliwia dopływ wody z jakiejś określonej strony do odwadnianego terenu.

Odwodnienie za pomocą drenażu poziomego

Drenaż poziomy wykonuje się przeważnie na stałe, jeżeli wysoki poziom wód gruntowych grozi zalaniem pomieszczeń podziemnych w budynku. Rury drenarskie mogą być ceramiczne lub plastikowe, wykonane z polichlorku winylu (PCV). Instalując tego typu drenaż ważne jest aby był on odpowiednio zafiltrowany oraz obsypany. Podobnie jak w przypadku studni depresyjnych, ma to zapobiec zamuleniu instalacji drenarskiej.

Projektując drenaż poziomy należy pamiętać o zachowaniu małego spadku w kierunku, w którym woda ma być grawitacyjnie odprowadzana. W przeciwnym razie, cała instalacja nie będzie spełniała swojej funkcji. Jeżeli woda z drenów nie może zostać odprowadzona grawitacyjnie, to innym rozwiązaniem jest podłaczenie ich do studni z samoczynnie włączającą się pompą.

Sączki drenarskie powinny być szczelnie ze sobą połączone. W przypadku rur PCV, nie stanowi to większego problemu. Jeżeli chodzi o łączenie sączków ceramicznych, można je uszczelnić wykorzystując do tego celu papę bitumiczną.