При проектировании коллекторов и тоннелей учет мероприятий по защите их от окружающих грунтовых вод необходим по следующим причинам:
– недопустимо само поступление воды во внутренний объем сооружений;
– вода ускоряет коррозионное разрушение несущих железобетонных конструкций.
1 ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ КОЛЛЕКТОРОВ (ЗАСЫПАННЫХ ТОННЕЛЕЙ)
Коллекторы — линейные подземные сооружения, возводимые для прокладки различных инженерных сетей, в первую очередь энергоснабжения. Прокладка коллекторов осуществляется открытым способом путем устройства котлована (в откосах или с вертикальным шпунтовым ограждением). Выполнение работ по технологии открытых котлованов обеспечивает свободный доступ к внешним поверхностям несущих конструкций коллекторов, что позволяет применять наружную гидроизоляцию.
Если по высотным параметрам трасса коллектора проходит выше максимального уровня грунтовых вод, то гидроизоляционные мероприятия допустимо ограничивать оклеечной изоляцией стен и перекрытия. Это предохраняет от верховодки, фильтрующейся сверху. Для стен можно даже ограничиться окрасочной гидроизоляцией. Укладка гидроизоляционных полотнищ на перекрытии ведётся с разуклонкой (посредством предварительно заливаемой цементной стяжки). Однако в большинстве случаев описанная облегченная схема неприемлема, и требуется защита от воды для всего контура сооружения.
В качестве основного гидроизоляционного барьера от грунтовых вод могут быть запроектированы различные виды гидроизоляции — мастичная, рулонная оклеечная (битумно-полимерная), штукатурная, металлическая. В настоящее время очень часто применяются гибкие полимерные мембраны из пластифицированного поливинилхлорида (ППВХ‑мембраны). Такие мембраны в сравнении с традиционными гидроизолом и гидростеклоизолом обладают повышенной механической прочностью. Обычно ППВХ-мембрана представляет собой двухслойное неармированное полотно. При высоте столба воды до 10 м толщина мембраны составляет 1,5―2,0 мм. При высоте столба свыше 10 м толщина следует применять мембрану толщиной более 2 мм, или же должна предусматриваться укладка нескольких мембран. Соединение отдельных листов выполняется горячим воздухом. Последовательность ведения работ по гидроизоляции в составе основных строительных работ по коллектору следующая:
1. Устройство гидроизоляционной мембраны под будущей фундаментной плитой;
2. Возведение монолитной фундаментной плиты;
3. Возведение монолитных стен и перекрытия;
4. Устройство гидроизоляционной мембраны по наружной поверхности стен и перекрытия.
Схема оклеечной гидроизоляции коллектора
Помимо гидроизоляции с помощью мембран также очень хорошо себя зарекомендовали различные варианты мастичной гидроизоляции: битумные и, особенно, полимерные мастики. Мастики наносятся в два, иногда три слоя, с толщиной слоя 1 мм. Собственно мастика представляет собой смесь из двух компонентов — гидроизолирующей и отверждающей пасты.
Следует отметить, что тот или иной гидроизоляционный материал, будучи важнейшим элементом конструкции, тем не менее является лишь частью системы по предотвращению поступления воды в коллектор и снижению её вредного воздействия. В частности, при проектировании коллекторов должна предусматриваться дренажная система — дренажные полотна и дренажная труба с соответствующей песчано-щебеночной обсыпкой и обмоткой геотекстилем. Также необходимы защитные слои, предохраняющие основной гидроизоляционный материал от повреждения. В ряде случаев может потребоваться выполнение внутреннего дренажа (для перехвата профильтровавшейся воды).
2 ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ТОННЕЛЕЙ
Дорожно-транспортные и другие тоннели принципиально отличаются от коллекторов — они сооружаются по закрытой технологии проходки (горный и щитовой методы), которая не предполагает устройство котлованов. В связи с этим в ходе строительных работ отсутствует непосредственный доступ к наружной поверхности основной несущей конструкции — обделки тоннеля. По этой причине все гидроизоляционные мероприятия проводятся на специально подготовленной поверхности временной крепи, которая затем закрывается (придавливается) монолитной железобетонной обделкой. Обделка рассчитывается на восприятие всего гидростатического давления. Сама временная крепь в большинстве случаев представляет собой торкрет-бетон, нанесённый на арматурную сетку. В следствие высокой шероховатости торкрет-бетона нанесение гидроизоляции на такую поверхность недопустимо, поэтому предварительно производится её выравнивание с помощью чернового бетона, а также монтаж подкладочных слоёв (геотекстиль и др.).
В качестве гидроизоляционного материала применяются описанные выше полимерные мембраны (ППВХ‑мембраны) и мастики. Рулонная гидроизоляция применяется всё реже.
При высоком уровне грунтовых вод мембранное покрытие укладывается в два этапа — основной и вспомогательный. Толщина мембраны каждого этапа составляет 2―3 мм. Между мембранами двух этапов размещается тонкая полость, которая образуется с помощью специальной прокладки. В эту полость заводятся нагнетательные пакеры. В процессе эксплуатации тоннеля в случае нарушения его герметичности через инъекционную систему пакеров производится нагнетание ремонтных гидроизолирующих составов. Работам по восстановлению водного барьера способствует разделение ППВХ-мембран двух этапов на отдельные изолированные карты (секторы), что делается ещё при строительстве тоннеля. Для этого мембраны основного и вспомогательного этапов свариваются между собой с определенным шагом. Вся описанная двухэтапная система носит название активной гидроизоляции, т.к. позволяет проводить дополнительные гидроизоляционные работы уже в ходе эксплуатации сооружения.
Схема активной гидроизоляции тоннеля
Если обделка тоннеля сборная, т.е. собирается из железобетонных тюбингов, то функцию гидроизоляции выполняет резиновый контур, представляющий собой закладной элемент по периметру каждого тюбинга, укладываемый ещё на этапе заливки тюбинга на заводе-изготовителе. После монтажа тюбингов все швы между ними зачеканиваются каучуковыми мастиками или составами на основе расширяющегося цемента.
Альтернативным методом предотвращения поступления воды в проектируемый тоннель является нагнетание за уже собранную обделку специальных цементных составов — т.н. цементация. Цементация подразделяется на заполнительную (заполнение зазора между внешней поверхностью обделки и грунтом/породой) и укрепительную (насыщение вмещающего грунтового массива цементными вяжущими). Цементационные работы позволяют не только существенно повысить водонепроницаемость обделки тоннеля, но и увеличить общую прочность конструкции. В качестве основного материала для инъектирования применяются цементно-песчаные составы различного соотношения. Собственно нагнетание ведётся через скважины под давлением от 0,3 до 1 МПа. При мягких (нескальных) грунтах также применяется струйная цементация, реализуемая по трём технологиям: jet-1 (однокомпонентная), jet-2 (двухкомпонентная), jet-3 (трехкомпонентная). В силу высокой капиталоемкости и длительности выполнения работ цементация, как правило, закладывается в проект как дополнительная и вспомогательная составляющая гидроизоляционных мероприятий.
В случае безнапорного характера грунтовых вод у тоннеля предусматривается проектирование дренажной системы. Дренажные элементы, как и гидроизоляция, выполняется до возведения обделки. Однако при высоком уровне грунтовых вод такой внешний дренаж не устраивается, т.к. невозможно отвести весь объём воды из водоносного пласта.