22.11.11

1

Odwadnianie  obiektów  i  wykopów  

budowlanych  

 

dr  inż.  Patryk  Wójtowicz  

Odwadnianie  –  w  jakim  celu?  

22.11.11

2

Odwadnianie  –  w  jakim  celu?

 

Amsterdam  &  Dordrecht    

 

22.11.11

3

Plac  Grunwaldzki,  Wrocław  (2006)

 

22.11.11

4

Mistrzowie  melioracji  i  odwadniania  -­‐  Holandia  

Delta  Works  –  the  Netherlands  

Maeslant  Barrier  

22.11.11

5

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.  

22.11.11

6

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.  

22.11.11

7

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

Zasięg kapilarnego podnoszenia wody

Lessy

0.25 ÷ 0.35 m

Gliny średnie

0.20 ÷ 0.40 m

Gliny lekkie

0.15 ÷ 0.30 m

Torfy

0.12 ÷ 0.15 m

Grunty piaszczyste

0.05 ÷ 0.10 m

22.11.11

8

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  

22.11.11

9

Orientacyjne  głębokości  fundamentowania  niektórych  

obiektów,  urządzeń  i  przewodów  podziemnych

 

Opis obiektu

Głębokość fundamentowania mierzona od
powierzchni terenu

Ściany zewnętrzne budynków nie

podpiwniczonych

1.0 ÷ 1.8 m

Budynki podpiwniczone, z użytkowaniem

przemysłowym piwnic (magazyny, chłodnie,
garaże)

2.0 ÷ 4.0 m

Budynki wysokościowe, schrony przeciwlotnicze

3.0 ÷ 5.0 m

Tunele uliczne dla ruchu pieszego

3.0 ÷ 5.0 m

Przewody sieci wodociągowej

1.5 ÷ 2.5 m

Przewody sieci kanalizacyjnej

2.0 ÷ 4.0 m

Kolektory kanalizacyjne

3.0 ÷ 6.0 m

Kanały ciepłownicze

1.5 ÷ 3.0 m

Kanały zbiorcze na przewody uzbrojenia

podziemnego

3.0 ÷ 4.0 m

Piece hutnicze

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.  

22.11.11

10

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.  

22.11.11

11

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.  

22.11.11

12

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%

22.11.11

13

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  

22.11.11

14

Przyczyny  sztucznego  podmakania  gruntu

 

Zamknięcie  spływu  powierzchniowego  nasypem  drogowym  bez  wykonania  rowów  i  

przepustu  

Przyczyny  sztucznego  podmakania  gruntu

 

Spiętrzenie  strumienia  wody  gruntowej  wywołane  częściowym  zagęszczeniem  gruntu  i  

przegrodzeniem  strumienia  przez  fundamenty  

1  –  ława  fundamentowa  

2  –  pal  fundamentowy  
3  –  grunt  zagęszczony  wibracją  

4  –  naturalne  zwierciadło  wody  
gruntowej  

5  –  zwierciadło  spiętrzonej  wody    

22.11.11

15

Przyczyny  sztucznego  podmakania  gruntu

 

Podtopienie  terenów  przemysłowych  wskutek  wcięcia  tarasu  na  pokłady  gliny  z    

wkładkami  piasku  wodonośnego  

1  –  nasyp  

2  –  wykop    

Przyczyny  sztucznego  podmakania  gruntu

 

Okresowe  podtapianie  budynku  wywołane  uszkodzeniem  drenażu  

1  –  sączki  

2  –  przerwany  zbieracz  drenażu  

22.11.11

16

Przyczyny  sztucznego  podmakania  gruntu  –  

wpływ  budowli  hydrotechnicznych

 

Wpływ  spiętrzenia  rzeki  jazem  na  zmianę  przebiegu  hydroizohips  wody  gruntowej  w  

dolinie  rzeki  

Hydroizohipsa  –  linia  łącząca  na  mapie  punkty  swobodnego  

zwierciadła  wody  podziemnej,  leżące  na  tej  samej  wysokości  

względem  przyjętego  poziomu  odniesienia  

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)  

22.11.11

17

Przykłady  podtopień  naturalnych  –  rzeźba  

terenu

 

Zabagnienia  i  podtopienia  na  terenach  o  pofałdowaniem  powierzchni  

1 – obszar podmokły (podtopiony)
2 – obszar zabagniony

Przykłady  podtopień  naturalnych  –  rzeźba  

terenu

 

Zabagnienie  i  podtapianie  terenu  doliny  rzecznej  spływającymi  wodami  

opadowymi    

1 – obszar okresowo podtapiany
2 – obszar okresowo zabagniany
3 – normalny stan wody gruntowej
4 – podwyższony stan wody gruntowej wywołany infiltracją wód opadowych

uszczelniony
brzeg rzeki

22.11.11

18

Przykłady  podtopień  naturalnych  –  sieć  

hydrograficzna

 

Układ  hydroizohips  w  dolinie  aluwialnej  w  zależności  od  stanów  wody  w  

rzece  

1  -­‐  Stany  niskie  

2  -­‐  Stany  średnie  

3  -­‐  Stany  wysokie  

Przykłady  podtopień  naturalnych  –  sieć  

hydrograficzna

 

Granica  zasięgu  infiltracji  wody  rzecznej  do  gruntu  w  zależności  od  wzrostu  

stanów  wody  w  rzece  i  czasu  ich  trwania  

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  

 

22.11.11

19

Przykłady  podtopień  naturalnych  –  budowa  

geologiczna  i  warunki  hydrogeologiczne

 

Niekorzystne  ukształtowanie  

nieprzepuszczalnego  podłoża  
powodujące  podmoknięcie  budowli  

Niekorzystne  ukształtowanie  

nieprzepuszczalnego  podłoża  
powodujące  zabagnienie  gruntu  

Przykłady  podtopień  naturalnych  –  budowa  

geologiczna  i  warunki  hydrogeologiczne

 

Podtopienie  i  zabagnienie  gruntu  wodą  kapilarną  

22.11.11

20

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  

22.11.11

21

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)  

22.11.11

22

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

 

22.11.11

23

Zasoby  wodne

 

Zasoby  wodne  –  udział  procentowy

 

22.11.11

24

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  

D

R  –  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

 

22.11.11

25

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  

22.11.11

26

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  

22.11.11

27

Spływ  powierzchniowy

 

•  Sumaryczna  wielkość  spływu  w  okresie  

obliczeniowym  to:  

   

 

 

 D

2

 =  ψ  P  

gdzie:  

 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  

22.11.11

28

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