Коэффициент фильтрации грунтов: таблицы

Коэффициент фильтрации характеризует способность грунта пропускать воду: у крупного песка справочное значение составляет 15–50 м/сутки, у суглинка — 0,01–0,1 м/сутки. Таблицы помогают предварительно сравнить грунты, а для проекта водопонижения коэффициент определяют опытными откачками. Вместе с напором, строением водоносного пласта и размерами котлована он нужен для расчета притока и выбора оборудования.

Что такое коэффициент фильтрации и почему он важен для строительства

Коэффициент фильтрации обозначают k или Kf и выражают в метрах в сутки, метрах или сантиметрах в секунду. По закону Дарси скорость фильтрации v = k·I, где I — гидравлический градиент, то есть потеря напора на единицу длины пути фильтрации. При единичном градиенте скорость фильтрации численно равна k. Поэтому значение в м/сутки само по себе не показывает объем воды, который поступит в котлован за день.

При разработке котлована вода движется к нему под действием разности напоров: поступает через дно и боковые стенки. Чем выше проницаемость при прочих равных условиях, тем больше приток. Гидростатическое давление на подземную конструкцию определяется напором воды; для его оценки нужно знать положение уровня относительно конструкции.

Для строительства фильтрационные свойства важны при решении нескольких задач:

• Выбор системы: легкие гравитационные иглофильтры, вакуумные установки и водопонизительные скважины имеют разные области применимости.
• Оценка устойчивости: движение воды через грунт учитывают при проверке откосов, основания и риска выноса мелких частиц.
• Сроки и стоимость работ: расчетный приток влияет на состав оборудования, а ошибки в его оценке могут привести к простоям и переделке системы.

От чего зависит фильтрация воды в грунтах

Фильтрационные свойства связаны со строением порового пространства. Для расчета важны размер и связность пор, плотность сложения, состав грунта и свойства воды. При одинаковом названии грунта условия движения воды на разных участках могут различаться.

• Размер и форма частиц: в чистых крупных песках и галечнике между зернами обычно остаются более широкие пути для движения воды, чем в мелкодисперсных грунтах.
• Пористость и плотность сложения: обилие пор само по себе не означает высокую проницаемость. Важны их размер и связь между собой; при уплотнении грунта проницаемость обычно снижается.
• Однородность и слоистость: песчаные прослои и линзы могут проводить воду внутри слабопроницаемой толщи. Поэтому в разрезе выделяют отдельные водоносные слои и водоупоры.
• Состав и температура воды: вязкость воды меняется с температурой; при прочих равных условиях теплая вода фильтруется быстрее холодной.

Коэффициент характеризует проницаемость, а фактическая скорость фильтрации зависит также от градиента напора. При понижении уровня в котловане меняется поле напоров, поэтому один и тот же грунт может давать разный приток на разных стадиях работ.

Коэффициент фильтрации для разных типов грунтов: сводная таблица

В таблице приведены ориентировочные значения для основных типов грунтов. Значения даны по учебнику П. П. Климентова и Г. Я. Богданова «Общая гидрогеология» (1977). Справочники расходятся до порядка величины, поэтому таблица годится для предварительной оценки, а для проекта водопонижения k определяют опытными откачками (СП 446.1325800.2019, п. 5.9.7).

Тип грунта	Коэффициент фильтрации, Kf (м/сутки)	Класс по ГОСТ 25100-2020 (табл. В.4)
Галечник	100–200	Очень сильноводопроницаемый
Песок с галькой	50–100	Очень сильноводопроницаемый
Песок крупный	15–50	Сильноводопроницаемый, очень сильноводопроницаемый
Песок средний	5–15	Сильноводопроницаемый
Песок мелкий	1–5	Водопроницаемый, сильноводопроницаемый
Песок глинистый (пылеватый)	0,5–1	Водопроницаемый
Супесь	0,1–0,5	Слабоводопроницаемый, водопроницаемый
Суглинок	0,01–0,1	Слабоводопроницаемый
Глина	0,001–0,01	Водонепроницаемый, слабоводопроницаемый

Классы водопроницаемости по ГОСТ 25100-2020 (табл. В.4), k в м/сутки. По примечанию к таблице классификация применима и к дисперсным грунтам:

Класс водопроницаемости	k, м/сутки
Водонепроницаемый	Менее 0,005
Слабоводопроницаемый	0,005–0,3
Водопроницаемый	0,3–3
Сильноводопроницаемый	3–30
Очень сильноводопроницаемый	Более 30

Важно: Фактические значения на конкретном объекте могут отличаться в зависимости от степени уплотнения, загрязнения и слоистости грунта. Точные данные получают в ходе инженерно-геологических изысканий.

Песчаные грунты: от пылеватых до гравелистых

Пески различают по гранулометрическому составу, а их проницаемость уточняют испытаниями. Справочные диапазоны помогают понять, почему одна схема водопонижения может работать в крупном песке и не давать нужного понижения в пылеватом.

Песок с галькой и крупный песок

Kf: 15–50 м/сутки у крупного песка, 50–100 м/сутки у песка с галькой. Высокая проницаемость облегчает приток к фильтрам, но увеличивает объем откачки при прочих равных условиях. Для этих грунтов нужно проверить производительность системы и возможность отвода откачанной воды.

При k от 2 до 50 м/сутки применимы простые иглофильтровые установки — легкие гравитационные ЛИУ (СП 45.13330.2017, п. 5.4). При большом притоке рассматривают водопонизительные скважины с погружными насосами: для открытых гравитационных скважин k должен быть не менее 2 м/сутки, а требуемое понижение — более 4 м.

Песок средний и мелкий

Kf: 1–5 м/сутки у мелкого песка, 5–15 м/сутки у среднего. При k от 2 м/сутки в пределах диапазона ЛИУ используют гравитационные иглофильтры; при k 2–5 м/сутки нужна песчано-гравийная обсыпка. Понижение одним ярусом составляет 4–5 м от оси насоса. При большем понижении применяют ярусную схему или другие методы.

В среднем и мелком песке также применяют водопонизительные скважины: открытые гравитационные — при k не менее 2 м/сутки и понижении более 4 м.

В мелком песке с k ниже 2 м/сутки гравитационные ЛИУ, как правило, неэффективны — применяют вакуумное водопонижение. При k 0,2–2 м/сутки УВВ с обязательной обсыпкой понижают уровень одной ступенью на 5–7 м. При том же диапазоне k и большем требуемом понижении нормы предусматривают использование эжекторных систем: 10–12 м, при обосновании — до 20 м. Компания «Осушение» эжекторное водопонижение не выполняет.

Песок пылеватый

В пылеватом песке частиц крупнее 0,1 мм менее 75%, тогда как в мелком — не менее 75% (ГОСТ 25100-2020, табл. Б.7). Справочное значение Kf — 0,5–1 м/сутки. При водонасыщении возможны плывунные явления и вынос мелких частиц.

Для диапазона k 0,2–2 м/сутки применяют вакуумное водопонижение с обязательной обсыпкой. УВВ позволяют понизить уровень одной ступенью на 5–7 м; при меньшей эффективности их допускается применять до k = 5 м/сутки (СП 45.13330.2017, п. 5.4; СП 250.1325800.2016, п. 7.4.3).

Тип песка	Kf, м/сутки	Что учитывать при водопонижении
С галькой	50–100	Большой приток, производительность системы и отвод воды
Крупный	15–50	Расчетный приток и требуемое понижение
Средний	5–15	Возможный вынос частиц, параметры фильтров
Мелкий	1–5	Выбор между гравитационной и вакуумной схемой по фактическому k
Пылеватый	0,5–1	Вакуумирование, обсыпка, устойчивость основания и откосов

Глинистые грунты: супеси, суглинки и глины

Глинистые грунты кардинально отличаются от песчаных своим поведением с водой. Их фильтрационные свойства определяются не только размером частиц, но и минералогическим составом и электрохимическими связями.

Супесь

Промежуточный грунт между песком и глиной. По действующему ГОСТ 25100-2020 (табл. Б.13) супесь выделяют по числу пластичности I_p от 1 до 7%. Сохраняет некоторую водопроницаемость, но уже заметно меньшую, чем у песков. Kf: 0,1–0,5 м/сутки. Водопонижение возможно вакуумными иглофильтрами с песчаной обсыпкой при k не ниже 0,2 м/сутки (СП 45.13330.2017, п. 5.4), но процесс медленный. Насосы откачивают свободную воду; связанную воду вакуумным водопонижением не удаляют.

Суглинок

Число пластичности I_p от 7 до 17% (ГОСТ 25100-2020). Прочность и водопроницаемость сильно зависят от влажности. При намокании может терять устойчивость. Kf: 0,01–0,1 м/сутки. Естественный дренаж практически отсутствует. Вакуумные иглофильтры для суглинков не предназначены. Из методов водопонижения нормы называют электроосмос (при k менее 0,2 м/сутки, СП 22.13330.2016, п. 11.11) и пластовый дренаж. Если суглинок подстилается песком, иглофильтры заглубляют в песок с обсыпкой по всей высоте.

Глина

Число пластичности I_p более 17% (ГОСТ 25100-2020). Обладает высокой связностью и пластичностью. Часть воды удерживается на поверхности частиц и не удаляется обычной откачкой. Kf: 0,001–0,01 м/сутки. Часто служит водоупором: по ГОСТ 25100-2020 грунты с k менее 0,005 м/сутки относят к водонепроницаемым. Иглофильтры для глин не предназначены. Если глина подстилается песком, иглофильтры заглубляют в песок с обсыпкой по всей высоте. Альтернатива — устройство противофильтрационных завес или шпунтового ограждения, заглубленных в водоупор.

Тип грунта	Число пластичности Ip, % (ГОСТ 25100-2020)	Kf, м/сутки	Подход к водопонижению
Супесь	1–7	0,1–0,5	Вакуумные иглофильтры с песчаной обсыпкой при k не ниже 0,2 м/сутки
Суглинок	7–17	0,01–0,1	Электроосмос, пластовый дренаж; при подстилающем песке — иглофильтры, заглубленные в него
Глина	>17	0,001–0,01	Иглофильтры в подстилающем песке; противофильтрационная завеса до водоупора

Противофильтрационная завеса должна пересекать водоносный слой и заглубляться в водоупор; иначе ее совмещают с водопонижением. Ее влияние на соседнюю территорию проверяют, в том числе с учетом возможного подтопления (СП 250.1325800.2016, пп. 4.1.4, 8.5). Электроосмос, шпунтовое ограждение и противофильтрационные завесы компания «Осушение» не выполняет.

При выборе схемы я сопоставляю коэффициент фильтрации по опытным откачкам с разрезом площадки и требуемым понижением. Для ЛИУ ориентируюсь на k от 2 до 50 м/сутки, а при k 0,2–2 м/сутки рассматриваю вакуумные иглофильтры с обязательной обсыпкой. В суглинках и глинах проверяю наличие подстилающего песка: фильтры можно заглубить в него с обсыпкой по всей высоте. Табличный диапазон использую для предварительной оценки; рабочую схему выбираю по данным изысканий и расчету притока.

Задать вопрос эксперту

Как определяют коэффициент фильтрации в лаборатории и в поле

Чтобы получить достоверные данные для проектирования, инженеры используют комплекс методов. Лабораторные испытания характеризуют образец в контролируемых условиях, а полевые — учитывают естественную неоднородность грунтового массива.

Лабораторные методы

Для испытаний используют образцы с учетом их структуры и плотности. Результат отдельного образца сопоставляют с условиями залегания грунта на площадке.

• Метод постоянного напора (для песков): Через образец пропускают воду с постоянным давлением, замеряя ее объем за время. Расчет ведут по закону Дарси.
• Метод переменного напора (для глин и суглинков): Напор воды постепенно снижается, что позволяет измерить медленную фильтрацию в малопроницаемых грунтах.
• Компрессионно-фильтрационные испытания: Образец грунта сжимают под нагрузкой, имитируя давление от будущего сооружения, и одновременно замеряют изменение его водопроницаемости.

Полевые методы

Позволяют определить усредненный коэффициент фильтрации непосредственно в массиве, что критически важно для слоистых грунтов.

• Откачки из скважин: Рекомендуемый нормами метод (СП 446.1325800.2019, п. 5.9.7), прежде всего кустовые откачки. Из центральной скважины откачивают воду, а в соседних наблюдательных скважинах замеряют динамику снижения уровня грунтовых вод. По расходу и изменениям уровня оценивают фильтрационные свойства испытываемого водоносного слоя.
• Наливы в шурфы и скважины: В выработку заливают воду и следят за скоростью ее поглощения. Метод применяют для зоны аэрации (выше уровня грунтовых вод) и для оценки фильтрации в водонепроницаемых экранах.
• Нагнетания воды в скважины: Еще один вид опытно-фильтрационных работ наряду с откачками и наливами; выполняются по ГОСТ 23278-2014 (СП 446.1325800.2019, пп. 5.9.7, 5.9.10).

Метод	Для каких грунтов	Что определяет
Лабораторный (постоянный напор)	Пески, супеси	Kf образца
Лабораторный (переменный напор)	Суглинки, глины	Kf образца
Откачки из скважин	Водоносные слои; схема испытания учитывает строение разреза	Фильтрационные параметры испытываемого слоя
Наливы в шурфы	Зона аэрации	Kf вблизи поверхности

Совмещение данных лабораторных и полевых исследований позволяет уточнить гидрогеологическую модель и снизить риск ошибок в проекте водопонижения.

Для проекта важны не только итоговые значения k, но и описание условий испытания: какой слой вскрыт фильтром, как менялись расход и уровни, какие водоупоры ограничивают поток. В слоистом разрезе результат нельзя автоматически распространить на все грунты площадки. Инженерные изыскания для компании «Осушение» выполняют партнеры.

Как данные по фильтрации применяют в проектировании водопонижения

По коэффициенту фильтрации и другим данным изысканий инженеры-гидрогеологи выбирают технологию, рассчитывают производительность оборудования и оценивают влияние водопонижения на грунт.

1. Выбор типа водопонизительной системы

• Проницаемые грунты (Kf от 2 м/сутки, пески, гравий): Эффективны легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) — при k от 2 до 50 м/сутки, одним ярусом на 4–5 м от оси насоса, при k 2–5 м/сутки с песчано-гравийной обсыпкой. Открытые водопонизительные скважины с погружными насосами работают при k не менее 2 м/сутки и понижении более 4 м (СП 45.13330.2017, пп. 5.3–5.4). Вода хорошо притекает к точкам отбора.
• Пониженная водопроницаемость (Kf = 0,2–2 м/сутки, пылеватые и заглинизированные пески, супеси): Требуется создание вакуума для усиления притока воды. Применяются вакуумные иглофильтры (понижение одной ступенью 5–7 м), вакуумные скважины, для больших глубин — эжекторные иглофильтры; песчаная обсыпка обязательна (СП 45.13330.2017, пп. 5.3–5.4).
• Слабопроницаемые грунты (Kf < 0,2 м/сутки, суглинки, глины): Иглофильтры и скважины здесь, как правило, неэффективны: легкие иглофильтры и открытые скважины рассчитаны на k от 2 м/сутки, вакуумные установки — на 0,2–2 м/сутки. Из методов водопонижения нормы называют электроосмос (СП 22.13330.2016, п. 11.11) и пластовый дренаж; если под слабопроницаемым слоем лежит песок, иглофильтры или скважины заглубляют в него; для иглофильтров нужна обсыпка по всей высоте.

2. Расчет параметров системы

• Радиус влияния водопонижения: Определяет, насколько далеко от котлована понизится уровень воды. При прочих равных условиях более высокий k обычно означает больший радиус влияния. Его величина зависит также от понижения, времени откачки и условий питания водоносного горизонта.
• Количество и шаг иглофильтров/скважин: При меньшей проницаемости в пределах рабочего диапазона иглофильтры обычно располагают чаще, чтобы получить непрерывную депрессионную воронку. Шаг определяют совместным расчетом притока и понижения с учетом свойств слоя и конструкции фильтров.
• Производительность насосного оборудования: Суммарный дебит (объем откачиваемой воды за единицу времени) рассчитывается по формулам притока с учетом коэффициента фильтрации, мощности водоносного пласта, требуемого понижения и размеров котлована.

3. Прогноз рисков

• Выпор дна котлована: В условиях напорных вод и подстилающего слабопроницаемого слоя (глины) проверяют дно котлована на прорыв: γ_f·γ_w·H₀ ≤ γ_I·h₀, где γ_f = 1,2, а напор H₀ считают от подошвы проверяемого водоупора до максимального уровня подземных вод (СП 22.13330.2016, п. 9.29). Если условие не выполняется, понижают напор разгрузочными скважинами или увеличивают пригрузку.
• Суффозия (вынос частиц грунта): Особенно актуально для неоднородных песков. Расчет градиентов напора и подбор фильтров нужны для защиты грунта от выноса частиц.
• Осадки окружающих зданий: Понижение уровня вызывает дополнительные осадки, поэтому при понижении более 2 м выполняют расчет осадок (СП 22.13330.2016, п. 11.13), до начала работ обследуют здания в зоне влияния, а в ходе работ наблюдают за осадками. Моделирование на основе Kf помогает минимизировать влияние на застройку.

В условии проверки дна γ_w — удельный вес воды; γ_I — средневзвешенный расчетный удельный вес грунта проверяемого и вышележащих слоев; h₀ — расстояние от дна котлована до подошвы проверяемого слоя. Низкий k водоупора не отменяет необходимости проверить его устойчивость при напоре снизу.

Задача проектирования	Используемые данные по Kf	Практическое решение
Выбор системы водопонижения	Значение Kf, однородность грунта	Метод водопонижения и размещение фильтров
Расчет дебита скважин	Точное значение Kf, мощность водоносного пласта	Производительность насосов по расчетному притоку
Оценка радиуса влияния	Значение Kf, параметры водоносного горизонта	Зона влияния и организация наблюдений
Прогноз устойчивости откосов	Kf, сцепление, угол внутреннего трения	Меры защиты откосов при движении воды

Расчетный коэффициент используют вместе с прогнозным максимальным уровнем воды и строением пласта. Полученное решение проверяют по фактическому понижению: для наблюдений за уровнем компания устанавливает пьезометры. Наблюдения за осадками соседних зданий выполняет независимая организация по договору с заказчиком.

Что происходит, если система не справляется с притоком

Недостаточное понижение уровня мешает разработке котлована и подготовке основания. Причиной может быть ошибочное значение k, неучтенный водоносный прослой или неверный подбор оборудования. В такой ситуации оценивают фактический приток и уровни воды, затем уточняют схему работ.

• Простой техники: при подтоплении забоя разработку и подготовку основания приходится приостанавливать до восстановления условий работы.
• Дополнительная эксплуатация насосов: оборудование, не обеспечивающее нужного понижения, продолжает расходовать энергию; может потребоваться изменение системы.
• Нарушение основания: размыв и разуплотнение грунта могут потребовать его восстановления или замены по проектному решению.
• Дефекты бетона: поток воды через свежую смесь может вымывать цементное молочко, поэтому основание готовят и защищают до начала обычного бетонирования.
• Повреждение соседней застройки: вынос частиц и дополнительные осадки требуют оценки влияния работ и наблюдений за зданиями.

Можно ли откачивать воду одновременно с заливкой плиты

Бетонировать обычным способом в котлован с водой нельзя. Уровень понижают до начала заливки: не менее чем на 0,5 м ниже дна, с учетом подъема воды при аварийном отключении; конкретную отметку задает проект (СП 250.1325800.2016, п. 7.1.7). Открытый водоотлив применяют для временного осушения поверхностного слоя; в мелких и пылеватых песках особенно учитывают риск суффозии, оплывания откосов и выпора.

Откачку ведут непрерывно, предусматривают резерв насосов и электроснабжения. Свежий бетон нельзя затапливать до набора 30% проектной прочности (СП 45.13330.2017, п. 11.34). Если осушение невозможно, подводное бетонирование методом вертикально перемещаемой трубы выполняют по проекту. При откачке уже затопленного котлована уровень снижают плавно, без резких понижений; темп задает ППР.

Пример применения вакуумной установки

На объекте строительства гостиницы в Угличе в разрезе присутствовали водонасыщенные мелкие и пылеватые пески, супеси и плотные суглинки. Для водопонижения применили иглофильтровую установку УВВ-3А-6КМ.

Видео: коэффициент фильтрации и вода в котловане

Дополнительный видеоматериал по теме коэффициента фильтрации. При чтении таблиц и расчетов учитывайте различие между проницаемостью грунта, скоростью фильтрации и объемным расходом воды.

Источники

• ГОСТ 25100-2020 «Грунты. Классификация» — табл. Б.7, Б.13, В.4
• СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» — пп. 5.3, 5.4, 11.34. Пункты раздела 5 приведены по редакции с изменениями № 1–3.
• СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» — пп. 9.29, 11.11, 11.13
• СП 250.1325800.2016 «Здания и сооружения. Защита от подземных вод» — пп. 4.1.4, 7.1.7, 7.4.3, 8.5
• СП 446.1325800.2019 «Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ» — пп. 5.9.7, 5.9.10
• ГОСТ 23278-2014 «Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости»
• Климентов П. П., Богданов Г. Я. «Общая гидрогеология», 1977, с. 128

Наши объекты

Все проекты

ЖК "Событие-4" г. МоскваКотлованы под жироуловителиЖК "Адмирал", г. Москва