Грунтові води: процес утворення, водоносні шари, характеристики і вплив на будівництво

Ні для кого не секрет, що під землею є вода. Про це знали з давніх-давен, що підтверджується практикою пристрої колодязів і свердловин. Іноді підземна вода – єдине джерело водопостачання в окремо взятій місцевості. Наприклад, пустеля Сахара має величезні її запасами, що дозволяє місцевим кочівникам не вмирати від спраги. Деякі підземні води використовуються в медицині. Але є серед них ті, з якими людина змушена боротися час від часу – грунтові води (або ГВ).

Вода під землею

Режим підземних вод – це ті зміни, які відбуваються з ними в залежності від сезону, опадів, антропогенних і геологічних процесів. Від усього цього залежить і їх кількість, і склад.

Формування підземних горизонтів

Існує кілька теорій того, звідки береться вода під землею. Всі вони мають право на існування, оскільки спостереження показують наявність їх усіх. Все питання в пропорції діючих факторів в різних водоносних горизонтах. Виділяють наступні шляхи освіти підземних водоносних горизонтів:

  1. Інфільтрація. Волога просочується вниз після опадів, стікає по тріщинах і капілярах.
  2. Конденсація в породах водяної пари з атмосфери.
  3. Седиментація, коли поверхневий водний басейн під час геологічних катаклізмів закривається гірськими породами.
  4. Ендогенне утворення води. Воно відбувається на великих глибинах, де під тиском осадові породи стають метаморфічними. При цьому виділяється H2O.

Швидкість цих процесів різна, як і особливості формування в окремо взятому регіоні. Так, в гірських районах, де в минулому була бурхлива вулканічна діяльність, у міру просування вниз вода минерализуется. В інших місцях мінералізація менше розвинена, проте теж має місце. При цьому сусідні водоносні шари можуть мати різний хімічний склад.

водоносні шари

Аквафер, або водоносний горизонт, являє собою шар осадової гірської породи, яка характеризується певною водопроникність. Ці шари розмежовані водотривкими шарами, найчастіше глиняними. Шар над водоносним горизонтом називається покрівлею, під ним – підошвою.

Існують різні класифікації акваферов, але серед них цікаві ті, що мають найбільше господарське значення; важливу роль відіграє і законодавче регулювання.

Водоносні горизонти ділять на:

  1. Напірні, або міжпластові. Вони знаходяться під тиском і розташовані на глибинах, що вимагають буріння. Напір може бути великим, і свердловина буде фонтанувати. Такі води називають артезіанськими.
  2. Безнапірні, або грунтові. Ці води схильні до аерації, оскільки не мають водоупорной покрівлі.

Перший тип вод є корисною копалиною, і на їх видобуток потрібна ліцензія. Другий ви можете брати в будь-яких кількостях. Законодавством регулюється саме забір води, яка є джерелом централізованого водопостачання, а такою є саме артезіанська.

Не можна сказати, що водоносні горизонти ніяк між собою не повідомляються. На практиці вони завжди взаємопов’язані. Будь-міжпластові шар має область харчування, область напору і область розвантаження, при цьому харчування здійснюється саме за рахунок ґрунтової вологи. Область розвантаження може бути представлена ??кількома варіантами:

  • джерело, що виходить на поверхню;
  • інфільтрація артезіанських вод в грунтові на місці розриву покрівлі;
  • підводні ключі, що живлять водойми; існують цілі озера саме з таким характером харчування.

Таким чином, верхній водоносний горизонт, що займає проміжне положення між поверхневим і міжпластові, служать джерелом харчування тих і інших і самі від них залежать.

В одному з сіл господар ділянки вирішив пробурити свердловину «на пісок». Ділянка був куплений не так давно і переведений з категорії земель сільгосппризначення в категорію ІЖС. після буріння зі свердловини пішла вода, але для пиття і поливу городу вона не годилася: вміст солей перевищувало всі межі і за ступенем мінералізації вода підходила під поняття «лікувальна». Недалеко була зона розвантаження пласта мінеральної води, але господар цього не врахував. Як виявилося, помилився він всього на два метри.

Властивості води в грунті

Оскільки саме з безнапірним пластом людині найчастіше доводиться стикатися, має сенс розповісти саме про нього.

Безнапірний водоносний горизонт має різну потужність. Вона визначається по середній відстані від водоупорной підошви до верхнього рівня, який можна спостерігати в колодязях.

Рівень грунтових вод

Це непостійна величина. Те, наскільки далеко буде знаходитися вода від поверхні землі, залежить від кількох факторів:

  • кількість опадів, що випадають;
  • рівень води у водоймі, до вододілу якого відноситься конкретний горизонт;
  • сезон;
  • наявність місць видобутку корисних копалин поруч;
  • меліорація земель;
  • наявність систем водовідведення.

Так, УГВ підвищується навесні, коли відтає сезонна мерзлота і починається повінь. При рясних дощах він також підвищується, але швидкість інфільтрації опадів, що утворюють так звану верховодку, залежить від проникності ґрунтів. Наприклад, пісок вбирає вологу швидко, а суглинки – повільно. Грунт між поверхнею землі і верхнім рівнем води називають зоною аерації, а все, що нижче – зоною насичення.

На більш високому рівні вологу підтримують лісу. Причому режим ґрунтової та поверхневої води в районі річкових долин тісно взаємопов’язаний. Якщо вирубуються ліси вздовж річки, то річка поступово міліє; позначається як зменшення водозбору, так і засмічення русла прибережними породами під час опадів.

Зниженню УГВ сприяють видобуток корисних копалин і пристрій систем водовідведення, причому в другому випадку це робиться цілеспрямовано, а в першому є побічним явищем.

Хімічний склад

Як відомо, дистильованої вода буває хіба що в лабораторіях. Підземна ж має різну кількість мінералів, і по їх утриманню її ділять на п’ять ступенів мінералізації:

  • прісна, з вмістом солей до 1 г / л;
  • слабосолоноватих, 1? 3 г / л;
  • солонувата, 3 ? 10 г / л;
  • солона, 10? 15 г / л;
  • розсіл, більше 50 г / л.

Практичне значення має не тільки кількість розчинених речовин, але і їх склад. Він залежить від складу фільтруючих шарів грунту і режиму ГВ. Так, різний хімічний склад вод, що мають різні напрямки і швидкість течії.

Деякі компоненти, що містяться у воді, можуть руйнувати камінь, метал і бетон. Швидкість руйнування різна, але в будь-якому випадку агресивне середовище знижує термін служби підземної частини будівлі, тому дослідження хімічного складу води слід провести перед закладкою фундаменту.

Нормативний показник кислотності середовища для бетонних конструкцій – pH = 6. Зниження або перевищення його загрожує руйнуванням металу і бетону. До цього призводить активність наступних речовин:

  1. Вуглекислота. Вона може вимивати з бетону як карбонат кальцію CaCO3, так і гідроксид Ca (OH) 2. Неравновесное зміст вуглекислоти в ґрунті призводить до того, що деталь фундаменту поступово «худне», втрачаючи кальцію.
  2. Сульфат-іони. Солі сірчаної кислоти сильно диссоциируют в воді, і іони SO4 вступають в реакцію з компонентами бетону, які збільшуються в обсязі (спучуються).
  3. Хлорид магнію MgCl2 підсилює дію вугільної кислоти, утворюючи водорозчинний хлорид кальцію.
  4. Вільний кисень. Підвищений його кількість призводить до корозії металу.
  5. Солі натрію, калію та інших металів.

Граничні показники порогових значень концентрації цих речовин сильно варіюють. Все залежить від фільтруючих здібностей грунту і застосовуваного типу бетону.

Причинами, що підвищують агресивність ГВ, найчастіше служать природні явища. Так, велика кількість вапняку в грунтах не може не позначатися на змісті кальцію і вуглекислоти в воді, а наявність болота робить її кислої. Діяльність людини теж впливає на хімічний склад ГВ; іноді воно пряме, особливо в районах, де розташовані промислові підприємства гірничодобувного комплексу, а іноді є наслідком відсутності знань.

У приморських областях можна зустріти таке явище, як солона вода в колодязях. Вона надходить туди в випадках, коли прісну викачують безконтрольно і запаси води поповнюються інфільтрацією з моря. Чим ближче знаходиться джерело до моря, тим менше вода встигає звільнитися від солей і з часом стає непридатною для пиття. У зв’язку з цим деякі країни, наприклад, Ізраїль, контролюють рівень ГВ, що дуже актуально при посушливому кліматі.

Фундаменти і вода

При будівництві потрібно враховувати як УГВ, так і склад води і грунту. Найбільш важливими параметрами, що впливають на тип конструкції фундаменту і вживані матеріали, є співвідношення УГВ і глибини промерзання, а також хімічні властивості води.

Визначення глибини залягання

Багатьом людям, які проживають в середній смузі України, знайоме таке явище, як морозне здимання грунтів. Воно викликано замерзанням вологи в порах і капілярах суглинків і супісків. Пісок і скельні грунти до пученію не схильні. Сили морозного обдимання здатні зруйнувати неправильно закладений фундамент.

Якщо є такі грунти на ділянці, слід визначити два параметри: глибину промерзання у вашій місцевості і УГВ. Якщо грунтові води розташовуються нижче глибини промерзання, підошва фундаменту може перебувати вище її, наскільки це дозволяє несуча здатність ґрунтів по відношенню до ваги вашого будинку. При високому УГВ існує кілька рішень:

  1. Підошву фундаменту можна розташувати на 20 см нижче глибини промерзання. Таке рішення може бути застосовано для важких будівель, що пов’язано з більшою несучою здатністю нижчих шарів.
  2. Можна знизити рівень води, зробивши дренаж ділянки та водовідведення в зливову каналізацію. Цей захід добре себе зарекомендувала там, де така каналізація є або її легко спорудити.
  3. Підвищити рівень ділянки за допомогою щебеню і піску так, щоб УГВ виявився нижчим за рівень промерзання. Вимушена і дорога міра, але безальтернативна там, де ділянка знаходиться в низині.
  4. Провести утеплення грунту біля будинку за допомогою теплоізоляційних плит, а недостатню несучу здатність компенсувати шириною підошви, аж до затоки єдиної монолітної подушки.

Бетон для агресивних середовищ

Повного захисту від хімічної агресії поки не придумали, інакше всі залізобетонні конструкції стояли б вічно. Але деякі заходи допоможуть продовжити термін служби вашого підземної споруди. Вони покликані захистити конструкцію від проникнення вологи і знизити негативний вплив останньої, якщо вона все-таки просочилася всередину.

  1. Приділяйте увагу щільності бетону. Важливий не тільки правильний заміс, а й вібрація. Укладений бетон не повинен мати пір і тріщин.
  2. Не використовуйте вапняковий щебінь, якщо ви власник кислих грунтів. Замішуйте бетон на гранітному, він хоч і дорожче, але впливу кислоти піддається куди менше.
  3. Хороша гідроізоляція фундаменту – запорука його довгої служби. Ретельно ізольовані стіни фундаменту не намокають. Гідроізоляційні заходи краще починати з підстави у вигляді стяжки, яке слід обробити бітумною мастикою. Так ви досягнете більшої герметичності.
  4. Якщо вам не пощастило, і ваша ділянка «багатий» солями сірчаної кислоти – сульфатами, для вас є рішення. Воно полягає в цементі. В даний час випускається чотири різновиди сульфатостойкого цементу. У ньому зведено до мінімуму вміст заліза і алюмінію, тому бетони на таких цементах не руйнуються навіть в морській воді. Вартість його від 300 гривень за мішок, що не сильно дорожче звичайного портландцементу.

Якщо ж ви хочете будинок з підвалом, спробуйте все-таки позбутися від надлишку ГВ на ділянці. Як би ретельно ви не оберігали ваш фундамент, повірте, вода дірку знайде.