Гидравлика и гидрогеология транспортных сооружений

. . , . . 
-
,  08.03.01 «»  
(«») 

  «-» 
2022 

625.7/.8(075.8) 
30.123+26.35 
59 
 
 
: 

. . , 
(. ) . . ; 
. . , 
(. -) . .  
 
 
 
 
, . . 
59  : / . . , . . . – ; : -, 2022. – 108 . : ., .  
ISBN 978-5-9729-0813-4 
 
 
, . 
-, .  
, «». -, -.  
625.7/.8(075.8) 
30.123+26.35 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-0813-4 
© . . , . . , 2022 
 
© «-», 2022 
 
© . «-», 2022 

ПРЕДИСЛОВИЕ

На любой застроенной территории в результате воздействия 
множества  факторов, таких как экранирование поверхности оснований асфальтированием и бетонированием дорог и площадок, аварийное замачивание грунтов оснований и инфильтрация 
поверхностных вод в основание, затопление котлованов поверхностными водами и т.д., происходит повышение уровня подземных вод (УПВ). Общеизвестно, что подземные воды всегда оказывают отрицательное воздействие на строительство и эксплуатацию объектов. При наличии высокого уровня подземных вод 
большая вероятность затопления подвальных помещений. Кро-ме 
того, грунты ниже этого уровня, находясь во взвешенном состоянии, обладают низкими значениями  прочностных характеристик и повышенными показателями деформационных характеристик. Тем самым ранее построенные и вновь возводимые 
объекты могут получить сверхнормативные деформации.  В связи с этим  проблема понижения уровня подземных вод является 
основной геотехнической задачей при проектировании зданий и 
сооружений, а также разработке проекта производства работ и 
технологических карт.
Технология осушения застраиваемых территорий должна 
быть тщательно проработана до начала производства работ 
нулевого цикла. Следует отметить, что при неквалифицированном подходе к этой проблеме возникает большая вероятность получения неравномерных деформаций ранее построенных зданий, в том числе даже далеко удаленных от места 
понижения УПВ. 
В настоящем издании разработаны теоретические основы 
строительного понижения. Особое значение в понижении УПВ  
играют гидрогеологические расчеты расходов фильтрационных 
потоков в однородных и неоднородных пластах с определением 
дебетов водопонизительных систем и фильтрационных сопротивлений. 
Учебное пособие состоит из четырех глав. Каждая последующая глава является логическим продолжением предыдущей.

В первой главе рассмотрены три типа дренажей: комбинированные, горизонтальные, вертикальные. Приведены возможные схемы с указанием материалов, сечений, а также областей 
применения. 
Во второй главе рассмотрены приток подземных вод  к водопонизительным устройствами, расход фильтрационного потока, дебит водопонизительных систем, а также формулы и схемы 
к определению фильтрационного сопротивления. Приведены  
примеры расчета притока подземных вод к водопонизительному 
устройству свай.
В третьей главе приведены гидрологические расчеты горизонтальных дренажей совершенного и несовершенного типов.
В четвертой главе приведены гидрогеологические расчеты 
вертикальных дренажей.
В приложении приводятся задания для гидрогеологических 
расчетов и алгоритмы их выполнения.

1. ДРЕНАЖ И СТРОИТЕЛЬНОЕ ВОДОПОНИЖЕНИЕ

На любой застроенной территории происходит подъем 
уровня подземных вод. Это связано со значительным уменьшением испарений вследствие устройства горизонтальных экранов 
при асфальтировании и бетонировании поверхностей оснований, а также при аварийных замачиваниях грунтов.
Известно, что подземные воды всегда оказывают негативное воздействие на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений [1]. 
Осушение той или иной территории достигается методом 
искусственного понижения уровня подземных вод. Понижение 
может производиться непрерывно в течение длительного времени или в течение кратковременного периода на период производства работ нулевого цикла [3]. 
В зависимости от используемых технологий понижения используются горизонтальный, вертикальный, комбинированный, 
пластовый виды дренажа. 
Различают горизонтальные и вертикальные дренажи совершенного и несовершенного типов. Дрены совершенного типа 
полностью прорезают водоносный пласт и доходят до кровли 
водоупора. Несовершенные дренажи лишь частично проходят 
осушаемую толщу, не доходя до водоупора. 

1.1. Горизонтальные дренажи

Горизонтальные дренажи могут быть представлены открытыми и закрытыми типами. В качестве открытых дренажей применяются канавы и лотки (рис. 1.1) 

Рис. 1.1. Индивидуальная система водопонижения:
открытый водоотлив при разработке котлованов

Горизонтальные дренажи закрытого типа ‒ это беструбные 
траншеи со сплошным фильтрующим заполнением поперечного 
сечения (щебнем, камнем и т.д.), трубчатые (керамические, асбестоцементные, бетонные, железобетонные, пластиковые, гофрированные), галереи и штольни [2] (рис. 1.2 и 1.3).

Рис. 1.2. Поперечные сечения беструбных дренажей: 
– каменно-щебеночный; – хворостяной; 1 – дерн корнями вниз; 2 – уплотненная глина; 3 – дерн корнями вверх; 4 ‒ местный песчаный грунт; 5 – щебень; 6 – каменная кладка; 7 – глинобетонная подушка; 8 – засыпка местным 
грунтом; 9 – хворост

Рис. 1.3. Поперечные сечения трубчатых дренажей:
– трубчатый совершенного типа; – трубчатый несовершенного типа; 
1 – щебень; 2 – песок средней крупности; 3 – дренажная труба; 4 – водоупор

Дренажные галереи (рис. 1.4) проектируются, как правило,
высотой не менее 1,6 м. Высота определяется условиями про

ходки галереи. Дренажные галереи подразделяются на проходные (>1,3 м) и полупроходные (<1,3 м).

Рис. 1.4. Дренажная галерея: 
– обделка из бетона и монолитного железобетона; – обделка из отдельных 
блоков; – обделка из сборных железобетонных элементов; 1 ‒ обделка; 2 – дренажная засыпка; 3 – отверстия для выпуска воды; 4 – водоотводный бетонный 
лоток

Систематический дренаж (рис. 1.5) горизонтального типа 
представляет собой систему горизонтальных трубчатых или 
беструбных дрен, расположенных параллельно друг другу. Сис

тема подсоединяется непосредственно к магистральному коллектору или ливневой канализации.
Систематический дренаж применяется:
– при питании осушаемого пласта за счет инфильтрации поверхностных вод;
– при неглубоком залегании зеркала подземных вод и небольшой площади водоносного пласта;
– при необходимости осуществления небольшого уровня
подземных вод.

Водоупор

Рис. 1.5. Систематический дренаж горизонтального типа: 
– уровень подземных вод; – пониженный уровень подземных вод;  
WL – уровень подземных вод

Пластовые дренажи широко используются в практике понижения уровня подземных вод. Они, как правило, применяются 
для эксплуатируемых зданий и сооружений и осуществляются 
одновременно с проведением работ по водопонижению.
Идея пластового дренажа заключается в запрещении попадания подземных вод в подвальные помещения защищаемых сооружений сквозь фильтрующую рубашку, устраиваемую под ними. 
Эта рубашка предохраняет сооружения не только от гравитационной, но и от капиллярной воды. Пластовые дренажи применяются 
для водоносных пластов с низкими значениями проникающей способности (ф – коэффициент фильтрации).
При отрытии котлована под будущие сооружения в основание, 
а также по периметру за стенами укладывается дренирующий слой 

из крупнозернистого песка или щебня. По внутренним или наружным контурам в подстилающем слое пластового дренажа монтируются дренажные трубы с уклоном в 
сторону водоприемника.
В настоящее время используются трубы с фильтрующим покрытием из геоткани или кокосовых волокон для защиты дренажа от заиливания, в том числе снизу (рис. 1.6).
На откосах котлованов, карьеров, на природных скалах и в основании грунтовых отвалов устраиваются пластовые дренажи (рис. 1.7). 

Рис. 1.7. Пластовые дренажи:
‒ под загубленным сооружением; – на откосе; 1 уровень подземных вод; 
2 – защищаемое заглубленное сооружение; 3 – пристенный дренаж; 4 – песчаный  
слой; 5 – защитное покрытие щебеночного слоя; 6 – песчано-гравийный или 
щебеночный слой; 7 – труба; 8 – щебеночная обсыпка

Рис. 1.6. Дренажные

гофрированные трубы в бухте

Линейная головная система для защиты территорий и сооружений от фильтрационного потока со стороны водораздела 
(рис. 1.8) устраивается: 
– в наклонных водоносных слоях;
– при возможности применения трубчатого или галерейного
дренажа с расположением на водоупоре (совершенный горизонтальный дренаж);
– при отметке уровня воды в водоеме ниже требуемого
уровня подземных вод (ПВ).

Рис. 1.8. Линейная головная система для защиты территорий 
и сооружения от фильтрационного потока со стороны водораздела: 
– непониженный уровень подземных вод; – пониженный уровень подземных вод; 1 – ось линейного горизонтального дренажа; 2 – защищаемое сооружение; 3 – дренаж; 4 – водоем

Работа берегового дренажа горизонтального типа (рис. 1.9) 
незначительно отличается от дренажа головного типа. Рассматриваемая система предназначена как для перехвата подземных 
вод, так и для приема фильтрующей со стороны реки или водоема воды [4].