Odwadnianie obiektów i wykopów budowlanych dr inż. Patryk Wójtowicz
Odwadnianie w jakim celu?
Odwadnianie w jakim celu?
Amsterdam & Dordrecht
Plac Grunwaldzki, Wrocław (2006)
Mistrzowie melioracji i odwadniania - Holandia
Delta Works Maeslant Barrier
Delta Works
Literatura E. Mielcarzewicz (1990), Odwadnianie terenów zurbanizowanych i przemysłowych. Systemy odwadniania. PWN, Warszawa. R. Edel (2010), Odwodnienie dróg. WKŁ, Warszawa. A. W. Żuchowicki (2008), Systemy odwadniające do regulacji stosunków wodnych na obszarach zurbanizowanych. Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin.
Optymalny poziom wód gruntowych na terenach zabudowanych Dopuszczalna głębokość zwierciadła wody podziemnej na terenach zurbanizowanych nie może przekraczać poziomu przy którym wznios kapilarny osiągnąłby fundamenty budowli lub posadzki piwnic Warunek ten musi być spełniony nawet przy najwyższych stanach wód gruntowych
Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej w zależności od rodzaju gruntu - budynki Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej pod budowlami w zależności od rodzaju gruntu: grunty piaszczyste 0.5 1.2 m grunty pylaste i gliniaste 0.8 2.0 m (lub więcej w zależności od wyników badania gruntu) Gdy warunki te nie mogą być spełnione należy przewidzieć odpowiednią izolację przeciwwilgociową i drenaże płytowe.
Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej w zależności od rodzaju gruntu drogi i ulice Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej pod drogami i ulicami powinno znajdować się na głębokości równej co najmniej połowie wysokości wzniosu kapilarnego powiększonego o: 0.60 m w przypadku ruchu o średnim natężeniu 1.00 m w przypadku ruchu ciężkich pojazdów
Wysokość podnoszenia kapilarnego wody w zależności od rodzaju gruntu Rodzaj gruntu Lessy Gliny średnie Gliny lekkie Torfy Grunty piaszczyste Zasięg kapilarnego podnoszenia wody 0.25 0.35 m 0.20 0.40 m 0.15 0.30 m 0.12 0.15 m 0.05 0.10 m
Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej w zależności od rodzaju gruntu tereny niezabudowane Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej na terenach niezabudowanych (parki, zieleńce, ogrody itp.) nie powinna przekraczać głębokości 1.0 1.5 m (większe głębokości wymuszają zwiększone zużycie wody na zraszanie upraw)
Głębokość zalegania zwierciadła wody podziemnej w zależności od rodzaju gruntu tereny rolnicze Poziom zwierciadła wody podziemnej w zależności od przeznaczenia gruntów: ogrody 1.0 1.3 m pola uprawne 0.75 1.25 m pastwiska 0.60 0.80 m łąki 0.40 0.60 m
Orientacyjne głębokości fundamentowania niektórych obiektów, urządzeń i przewodów podziemnych Opis obiektu Ściany zewnętrzne budynków nie podpiwniczonych Budynki podpiwniczone, z użytkowaniem przemysłowym piwnic (magazyny, chłodnie, garaże) Budynki wysokościowe, schrony przeciwlotnicze Tunele uliczne dla ruchu pieszego Przewody sieci wodociągowej Przewody sieci kanalizacyjnej Kolektory kanalizacyjne Kanały ciepłownicze Kanały zbiorcze na przewody uzbrojenia podziemnego Piece hutnicze Głębokość fundamentowania mierzona od powierzchni terenu 1.0 1.8 m 2.0 4.0 m 3.0 5.0 m 3.0 5.0 m 1.5 2.5 m 2.0 4.0 m 3.0 6.0 m 1.5 3.0 m 3.0 4.0 m 4.0 6.0 m
Skutki wysokich stanów wody podziemnej na terenach zurbanizowanych Nadmiernie wysokie stany wody podziemnej (utrzymujące się przez większą część roku lub przez cały rok) bardzo niekorzystnie wpływają na lokalny klimat. Wysoki stan wód gruntowych powodują: wysoką wilgotność powietrza (do 100%), częste i długo utrzymujące się zamglenia, oszronienia obiektów (np. dróg, mostów etc.), pogorszenie samopoczucia osób zamieszkujących obszar, podwyższona zachorowalność na górne drogi oddechowe.
Skutki wysokich stanów wód gruntowych cd. Niekorzystne warunki terenowe i geologiczne w połączeniu z wysokim stanem wód gruntowych mogą być przyczyną: osuwisk terenu zagrożenie budowli nadziemnych i podziemnych, dróg kołowych i kolejowych przemarzania gruntu powstawanie wysadzin na powierzchni dróg i ulic powstawania kurzawek
Konsekwencje nadmiernego nawodnienia gruntu Nawodnienie gruntu utrudnia i podnosi koszty: wykonywania wykopów posadowienia fundamentów budowli, układania przewodów uzbrojenia podziemnego (sieć kanalizacyjna). W silnie nawodnionych gruntach bardzo trudno zachować zgodne z projektem spadki kanałów.
Podtopienia sztuczne i naturalne Podtopienia dzielimy na: naturalne sztuczne Sztuczne podtopienia terenów powodowane są gospodarczą działalnością człowieka. Sztuczne podtopienia występują najczęściej na obszarach z gruntami słabo przepuszczalnymi jak np. piaski pylaste, pyły, pyły piaszczyste, piaski gliniaste czy lessy.
Przyczyny sztucznego podtopienia terenów Przyczyny sztucznego podtopienia terenów: pogorszenie spływu wód powierzchniowych, w wyniku czego następuje przedostawanie się ich w głąb gruntu, przeciekanie instalacji wodociągowych i kanalizacyjnych, wznoszenie budowli wodnych w bliskim sąsiedztwie terenów budowlanych, infiltrujące działanie rzek i kanałów (szczególnie w okresach podwyższonych przepływów), utrata drożności dolnych odcinków systemów odwadniających.
Przyczyny sztucznego podtopienia terenów Przyczyną sztucznych podtopień jest przedostawanie się nadmiernych ilości wód obcych do stref wodonośnych. Nadmierny odpływ wód obcych spowodowany jest m.in.: usunięciem szaty roślinnej, naruszenie wierzchniej warstwy gruntu, wykopami, bruzdami oraz otworami które powodują nadmierne wsiąkanie wód powierzchniowych, dużym obciążeniem gruntu wywołanym posadowieniem budowli czy napowierzchniowym składowaniem mas ziemnych (hałdy)
Zmiany wilgotności gruntu a zagospodarowanie terenu Wykresy zmian wilgotności gruntu w zależności od rodzaju przykrycia powierzchni terenu: - nawierzchnia szczelna - zabudowa - bez przykrycia Wilgotność: 1 do 10% 2 do 18% 3 do 20% 4 powyżej 20%
Obciążenie gruntu Obciążenie gruntu powoduje osiadanie podłoża co przekłada się na zmniejszenie porowatości strefy przepływu i podniesienie się zwierciadła wody gruntowej Podtopienie terenu spowodowane usypaniem hałdy w strefie odpływowej wód gruntowych
Przyczyny sztucznego podmakania gruntu Podtopienie budynku w wyniku podniesienia zwierciadła wody w rzece Podtopienie terenu ma skutek przecieków z nieszczelnej kanalizacji
Przyczyny sztucznego podmakania gruntu Zamknięcie spływu powierzchniowego nasypem drogowym bez wykonania rowów i przepustu
Przyczyny sztucznego podmakania gruntu 1 ława fundamentowa 2 pal fundamentowy 3 grunt zagęszczony wibracją 4 naturalne zwierciadło wody gruntowej 5 zwierciadło spiętrzonej wody Spiętrzenie strumienia wody gruntowej wywołane częściowym zagęszczeniem gruntu i przegrodzeniem strumienia przez fundamenty
Przyczyny sztucznego podmakania gruntu 1 nasyp 2 wykop Podtopienie terenów przemysłowych wskutek wcięcia tarasu na pokłady gliny z wkładkami piasku wodonośnego
Przyczyny sztucznego podmakania gruntu 1 sączki 2 przerwany zbieracz drenażu Okresowe podtapianie budynku wywołane uszkodzeniem drenażu
Przyczyny sztucznego podmakania gruntu wpływ budowli hydrotechnicznych Hydroizohipsa linia łącząca na mapie punkty swobodnego zwierciadła wody podziemnej, leżące na tej samej wysokości względem przyjętego poziomu odniesienia Wpływ spiętrzenia rzeki jazem na zmianę przebiegu hydroizohips wody gruntowej w dolinie rzeki
Podtopienia naturalne Podtopienia naturalne spowodowane są najczęściej: obecność wód powierzchniowych (stawy, jeziora, cieci etc.), wysoki stan zwierciadła wód gruntowych, ukształtowaniem terenu (rzeźba), budową geologiczną podłoża, infiltracja wód obcych, czynniki klimatyczne (opady atmosferyczne, temperatura i wilgotność powietrza)
Przykłady podtopień naturalnych rzeźba terenu 1 obszar podmokły (podtopiony) 2 obszar zabagniony Zabagnienia i podtopienia na terenach o pofałdowaniem powierzchni
Przykłady podtopień naturalnych rzeźba terenu uszczelniony brzeg rzeki 1 obszar okresowo podtapiany 2 obszar okresowo zabagniany 3 normalny stan wody gruntowej 4 podwyższony stan wody gruntowej wywołany infiltracją wód opadowych Zabagnienie i podtapianie terenu doliny rzecznej spływającymi wodami opadowymi
Przykłady podtopień naturalnych sieć hydrograficzna 1 - Stany niskie 2 - Stany średnie 3 - Stany wysokie Układ hydroizohips w dolinie aluwialnej w zależności od stanów wody w rzece
Przykłady podtopień naturalnych sieć hydrograficzna 1 A 3 A granica zasięgu infiltracji rzeki do gruntu przy wzroście stanu wody do poziomu A po czasie t 1 t 2 1 B 3 B granica zasięgu infiltracji rzeki do gruntu przy wzroście stanu wody do poziomu B po czasie t 1 t 2 Granica zasięgu infiltracji wody rzecznej do gruntu w zależności od wzrostu stanów wody w rzece i czasu ich trwania
Przykłady podtopień naturalnych budowa geologiczna i warunki hydrogeologiczne Niekorzystne ukształtowanie nieprzepuszczalnego podłoża powodujące zabagnienie gruntu Niekorzystne ukształtowanie nieprzepuszczalnego podłoża powodujące podmoknięcie budowli
Przykłady podtopień naturalnych budowa geologiczna i warunki hydrogeologiczne Podtopienie i zabagnienie gruntu wodą kapilarną
Przykłady podtopień naturalnych budowa geologiczna i warunki hydrogeologiczne Zasilanie powierzchniowych warstw gruntu wodami naporowymi przez: - okno hydrogeologiczne - szczelinę uskokową - bezpośredni kontakt (na wychodniach wodonośnych warstw podłoża)
Przykłady podtopień naturalnych budowa geologiczna i warunki hydrogeologiczne Podtopienie i zabagnienie terenu napływającą wodą gruntową
Bilans wodny siły powodujące krążenie wody Woda występująca na Ziemi zmienia swoje stany skupienia pod wpływem różnych sił i czynników przyrody Najważniejszymi czynnikami powodującymi poruszanie się wody w przyrodzie są: energia cieplna (Słońce) siła ciężkości (energia potencjalna) przyciąganie Słońca i Księżyca siła międzycząsteczkowa działalność człowieka
Energia cieplna i energia potencjalna Energia cieplna powoduje parowanie i podnoszenie cząsteczek wody w górne warstwy atmosfery Cząsteczki wody znajdujące się w powietrzu atmosferycznym w postaci pary wodnej podlegają działaniu wiatrów, które transportują je często ma bardzo duże odległości Energia potencjalna powoduje ruch cząsteczek wody skierowany ku Ziemi Cząsteczki wody występujące na lądach spływają z miejsc wyżej położonych do miejsc niżej położonych i uchodzą rzekami do mórz i oceanów (prądy oceaniczne)
Fazy obiegu wody Obieg wody odbywa się w dwóch fazach: atmosferycznej w której woda w postaci pary wodnej uchodzi z powierzchni ziemi do atmosfery i pozostaje w niej do czasu skroplenia i powrotu na ziemię w postaci opadu atmosferycznego litosferycznej w której woda przebywa na powierzchni ziemi lub w gruncie w ciekłym lub stałym stanie skupienia
Obieg wody
Zasoby wodne
Zasoby wodne udział procentowy
Równanie bilansu wodnego P + K + D 1 + Q 1 = E + D 2 + Q 2 + DR gdzie: P opady atmosferyczne K kondensacja pary wodnej D 1 i D 2 dopływ i odpływ wód powierzchniowych Q 1 i Q 2 dopływ i odpływ wód podziemnych DR zmiana zasobów wody (powierzchniowej i podziemnej) Bilans wykonuje się dla określonego obszaru i w określonym okresie czasu (w m 3, mm, m)
Opady atmosferyczne - P
Osady atmosferyczne kondensacja ukryta - K Osady dzielimy na płynne i stałe: rosa mgła rosząca szron szadź okiść biała rosa gołoledź
Parowanie terenowe - K Wyróżniamy parowanie: z wolnej powierzchni zbiorników wodnych z szaty roślinnej z pokrycia i powierzchni terenu z gleby sublimacja śniegu i lodu
Odpływ D 1 i D 2, Q 1 i Q 2 Odpływ dzielimy na: spływ powierzchniowy wód pochodzenia atmosferycznego (D 1 i D 2 ) odpływ wód podziemnych (Q 1 i Q 2 )
Spływ powierzchniowy Im mniejszy obszar tym większą rolę w odpływie odgrywa spływ powierzchniowy W bilansach niewielki obszarów i krótkich okresów należy oddzielnie traktować spływy po powierzchni terenu i odpływu drogą wsiąkania i przesączania podziemnego
Spływ powierzchniowy Sumaryczna wielkość spływu w okresie obliczeniowym to: gdzie: D 2 = ψ P ψ współczynnik spływu P suma wysokości opadów (deszcz + śnieg), mm
Odpływ podziemny Odpływ podziemny odbywa się w sposób ciągły wyrównuje przepływy w strumieniach i rzekach (zasilają je podwodnie lub poprzez źródła w okresach suchych, retencjonuje wodę w okresach wzmożonego wsiąkania) Przy krótkich okresach (mniej niż rok) ze względu na retencję wody w gruncie należy przeprowadzić dokładny bilans wód podziemnych
Składniki bilansu wód podziemnych (krótki okres bilansowania) Składniki bilansu wód podziemnych: wsiąkanie opadów atmosferycznych oraz wód strumieni i rzek dopływ obcych wód podziemnych (z przyległych obszarów) kondensacja pary wodnej w strefie nawietrzonej (aeracji) dopływ wód głębinowych (juwenilnych) odpływ podwodny i przez źródła do strumieni i rzek odpływ podziemny do przyległych obszarów parowanie podziemne do strefy nawietrzonej oraz pobór wody przez rośliny pobór wody przez ujęcia wodociągowe i urządzenia melioracyjne straty wody na wiązanie w procesach geochemicznych