Закрытый трубчатый дренаж. Назначение, классификация. Материалы. Особенности применения и основное технологическое оборудование

Закрытый дренаж - система взаимосвязанных дрен, уложенных в грунт на определенной глубине и обложенных песчано-щебеночным фильтром. На ответственных участках этой системы располагают смотровые колодцы с отстойниками, которые помогают очищать воду и регулировать работу системы. Движение воды определяется разностью напоров, обеспечиваемой уклоном дрен. Вся вода, текущая по дренам, попадает сначала в главную, магистральную (или коллектор, по диаметру он может быть почти в 2 раза больше обычных дрен), оттуда стекает в водосборный колодец и затем сбрасывается из него в различные водоотводящие системы - самотеком или при помощи насоса. При сооружении дренажа проблема отвода собранной воды - одна из главных. Водоотводящую систему выбирают исходя из условий той местности, где находится участок. Это могут быть поселковые системы дождевой канализации, кюветы вдоль дорог, близлежащие реки, ручьи или овраги. Бывает, что при создании закрытых дренажных систем обходятся и без труб, закладывая в траншеи лишь щебень и иногда обматывая его геотекстилем, однако такая система менее удобна для обслуживания [1].

Для осушения земель сельскохозяйственного назначения закрытым дренажем в основном применяют гончарные и пластмассовые трубы. В Российской Федерации на основе системного подхода срок службы гончарного дренажа принят равным 75 лет, пластмассового - 30 лет (Справочник, 2001. - С.576). Если нет трубы, то нет и трубчатого дренажа. Поэтому срок службы гончарных труб - не менее 75 лет, а пластмассовых - не менее 30 лет. В этом заключается требование к поставщикам труб.

Гончарные трубы. Трубы, изготовленные в соответствии с ГОСТ 8411-74 и уложенные в землю с соблюдением действующих технических условий (ТУ) и строительных норм и правил (СНиП), имеют срок службы не менее 75 лет при соблюдении правил эксплуатации дренажных систем (Справочник, 2001. - С.130…131, 576). Это подтверждается многолетними наблюдениями и практикой использования дренируемых почв, разрушений труб не наблюдается (Участки И.М. Кривоносова в Ленинградской области; участки в Карелии на Олонецкой равнине в бывшем колхозе Победа, у Питка ручья, в ОПХ Карельской опытно-мелиоративной станции; объекты в Тверской области: Поджариха, Греблево, Некрасове, Вяхирево и другие) [1].

Пластмассовые трубы. Трубы, изготовленные в соответствии с ТУ 6-05-1078-78, ТУ 33-291-83 и ТУ 33-100-78, уложенные в землю с соблюдением действующих ТУ и СНиП, имеют срок службы не менее 30 лет при соблюдении правил эксплуатации дренажных систем (Справочник, 2001. - С.131, 576). Это подтверждается многолетними наблюдениями и практикой использования дренируемых почв, разрушений труб в течение 30 лет не наблюдается (объекты Тверской области: Шишелево, Некрасово, Поджариха, Губино и другие).

Для обеспечения нормативного срока службы дрен соединение керамических дрен с коллекторами осуществляют с помощью керамических соединительных деталей, а соединение пластмассовых отрезков труб, дрен и коллекторов и пластмассовых дрен и гончарных коллекторов - с помощью пластмассовых соединительных деталей.

Срок службы дренажа зависит от применяемого ЗФМ. Применяются в основном рулонные ЗФМ.

В соответствии с перечнем приведенных выше работ осуществлены в лабораторных условиях фильтрационные испытания поставляемых на объекты осушения Нечерноземной зоны рулонных ЗФМ. При этом применена Методика определения водопроницаемости рулонных ЗФМ для дренажа, утвержденная Минводхозом СССР 25 мая 1988 г., согласно которой ЗФМ должен отвечать следующим требованиям:

Поверхность материала должна быть ровной, без резких утолщений, разрывов, расслоений и посторонних включений.

Толщина материала при нагрузке 20 кПа, соответствующей глубине заложения дренажа, должна быть не менее 0,6 мм.

Начальный коэффициент фильтрации (Кфо) при нагрузке 20 кПа должен составлять не менее 86,4 м/сут.

Материал должен сохранять свои свойства при транспортировании и хранении в атмосферных условиях в течение года (при температуре воздуха от минус 40 до 60°C) при переменном увлажнении и высыхании, со сменой аэробных и анаэробных условий, в воде с общей минерализацией до 50 г/л и рН от 3,5 до 9, а также под воздействием микроорганизмов, продуцирующих угольную, яблочную и гуминовую кислоты [2].

Материал должен выдерживать не менее 50 циклов замораживания и оттаивания (в водонасыщенном состоянии) без каких-либо признаков разрушения.

Поставленные на объекты осушения Нечерноземной зоны (Тверской, Ленинградской, Кировской и других областей) материалы имели толщину, δм:

3,33 0,05 ≥ δм ≥ 0,20 0,03 мм, (1)

Коэффициент фильтрации Кфо:

195 Кфо ≥ 11 м/сут (2)

На конец 3-х суток фильтрации - периода, соответствующего максимально допустимой продолжительности отвода гравитационной воды из почвенного слоя (в этот период необходима и максимальная водоприемная способность дренажа), коэффициент фильтрации Кф3, как правило, резко снижался и составлял:

15 ≥ Кф3 ≥ 0,1 м/сут (4)

На основании результатов многолетних наблюдений за действием дренажных систем пришли к выводу, что для обеспечения срока службы ЗФМ не ниже срока службы гончарного труб продолжительностью 75 лет коэффициент фильтрации ЗФМ должен составлять:

Кфо ≥ 86,4 м/сут (5)

Кф3≥10 м/сут (6)

а для обеспечения срока службы ЗФМ не ниже срока службы пластмассовых труб продолжительностью 30 лет:

Кфо≥86,4 м/сут (7)

Кф3≥5 м/сут (8)

При этом толщина ЗФМ при нагрузке 20 кПа, соответствующей глубине заложения гончарного и пластмассового дренажа, должна составлять не менее 0,6 мм.

Изложенным требованиям должны отвечать ЗФМ, поставляемые для осушения минеральных почв закрытым дренажем.

Засыпка дренажной траншеи должна обладать высокой водопроницаемостью. Для обеспечения требуемого срока службы засыпки дренажной траншеи не ниже срока службы применяемых труб должно выполняться условие между коэффициентом фильтрации почвы k и траншейной засыпки kз, мощностью почвенного слоя h и шириной траншеи bт:

k3≥1,48kh/bт (9)

определение k и kз осуществляют при соблюдении условия отведения избыточных вод при неустановившемся режиме действия дренажа в соответствии с патентом RU 2421723 (2011г.).

При этом максимальный приток воды к засыпке не превышает ее водоприемной способности, а водоотводящая способность дренажной линии должна исключать вероятность застоя воды в засыпке дренажной траншеи (это подтверждается отсутствием нависания уровня почвенно-грунтовых вод над дреной), что обеспечивает отсутствие бессточных понижений по дну дрены, а совместно с глубиной заложения дрены, большей глубины проникновения корневой системы растений в засыпку траншеи, исключает и вероятность образования корневых пробок растений в полости дренажной трубы [2].

Выполнение этого требования реализовано на перечисленных выше объектах реализации применения гончарных и пластмассовых труб.

Ожидаемый технический результат в течение нормативного срока службы дренажных труб достигается только в том случае, если дренаж почвогрунтов осуществляют в соответствии с заявленным изобретением.

Способ повышения долговечности закрытого горизонтального трубчатого дренажа, включающего скрытые под слоем почвогрунта элементы: дренажные трубы с нормативным сроком службы, соединительные детали, защитно-фильтрующие материалы, присыпку труб, объемные фильтры и засыпку траншей, отличающийся тем, что закрытый горизонтальный трубчатый дренаж выполняют с использованием элементов, нормативный срок службы которых не ниже нормативного срока службы основного элемента - дренажных труб.

По способу отбора грунтовых вод дренажи глубинного типа подразделяются следующим образом:

1. вертикальные;

2. горизонтальные;

3. комбинированные.

Самыми простыми, а потому и популярными являются горизонтальные дренажи.

Устройство закрытого дренажа имеет неоспоримый плюс – удаление воды самотечным методом.

Наиболее простым вариантом подобной конструкции служит лоток, который наполнен дренирующим материалом. Лоток при этом может быть как открытого, так и закрытого типа.

Популярными сейчас являются перфорированные трубы, оснащенные наружным фильтрационным покрытием.

Дренаж вертикального типа представляет собой трубчатый колодец, фильтрационная зона которого расположена непосредственно в водоносном горизонте. Для удаления воды из колодца используют специальные насосы с системой коммутации и электропитания.

Такие весьма сложные инженерные сооружения довольно редко используются в загородном строительстве.

Комбинированные дренажные системы получают путем сочетания вертикальных и горизонтальных систем.

Основным конструктивным элементом глубинной дренажной системы является гофрированная перфорированная труба (дрена). Устройство дренажной канавы, куда впоследствии монтируют такие трубы, должно выполняться с определенным уклоном и на глубину, указанную в соответствующей проектной документации.

Дрены водоотводящей системы сводят в смотровые колодцы, которые предназначены для очистки и ревизии системы.

Вода из колодцев отводится в общую ливневку либо в специальные поглощающие колодцы.

Подобные колодцы выполняют следующим способом:

Копают яму шириной под стандартные бетонные кольца (от 1 кв.м. в диаметре). Глубина колодца должна быть такой, чтобы до наиболее высокой точки залегания грунтовых вод оставался как минимум метр (может достигать 5 метров).Дно колодца устилают битым кирпичом, щебнем и т.п.Сверху устанавливают бетонную крышку и утепляют ее.

Горизонтальный дренаж: Горизонтальный дренаж представляет собой систему трубчатых или галерейных дрен, канав[2] и лотков. Трубчатые дрены — сочетание дренажных труб с одним или несколькими слоями фильтрующей обсыпки. Эти слои устраиваются для того, чтобы избежать заклинивания труб частицами осушаемого грунта. Для надзора за трубчатыми дренами сооружаются смотровые колодцы. Галерейные дрены — это трубы с большим поперечным сечением с отверстиями для приема воды и обсыпкой. Канавы применяют, главным образом, в небольших поселках, где допустимо поддерживать уровень грунтовых вод на глубине до 1,5 метра. В устойчивых грунтах канавы выполняются, как правило, в виде траншей с откосами, а в неустойчивых — конструкций из сборного железобетона [3].

Вертикальный дренаж: Вертикальный дренаж — система скважин, объединенных коллектором, через который вода откачивается насосным агрегатом или отдельным насосом на каждой скважине.

Комбинированный дренаж: Комбинированный дренаж — сочетание дрены и ряда самоизливающихся скважин. Сочетает в себе совокупность вертикальных и горизонтальных дренажей при устройстве сложных систем водоотвода.

Для эффективной защиты заглубленных и подземных сооружений от проникновения грунтовых и ливневых вод необходимо решить задачи гидроизоляции фундамента, а также сбора и эффективного отведения воды. Избыток влаги на территории застройки грозит серьёзными материальными потерями: сокращением срока службы фундамента, инженерного оборудования, подтоплением подвальных помещений, загниванию корневой системы растений на участке.

В случае, если участок будущей застройки заболочен, располагается в низине (или других местах с избыточным увлажнением), необходимо использовать глубинный дренаж. Существует мнение, что в условиях Средней полосы России глубинный дренаж необходим в подавляющем большинстве случаев застройки и благоустройства земельных участков. Без него можно обойтись только на участках, расположенных на возвышенностях, где уровень залегания грунтовых вод не выше 1,5 метра и почва хорошо дренируется.

Глубинный дренаж — это система прокладываемых под землей труб (дрен), которые уложены по всему периметру фундамента сооружений (периметру участка). Дрены расположены под уклоном. Уровень залегания труб обычно ниже уровня фундамента или фундаментной подушки. В случае отсутствия на участке естественного уклона (распространённый случай) необходимо устраивать дренажные колодцы [3].

Все дренажные трубы соединяются внутри дренажных колодцев, причём, заглубление колодца должно быть ниже дрены, входящей в него. Дренажный колодец чаще всего состоит из бетонных колодезных колец или специальной гофрированной трубы ПВХ. Такие колодцы позволяют контролировать уровень грунтовых вод и, в случае необходимости, промыть дренажные трубы. По отводной трубе вода сбрасывается от здания к перепускному колодцу, который устраивается в самой нижней части участка. Вода, которая собирается в трубах почвенного дренажа, тоже попадает в перепускной колодец. Внутри него устанавливаются насосы, обеспечивающие перекачку воды за территорию участка [3].

Устройство глубинного дренажа начинают с выкапывания траншеи рассчитанной специалистами глубины с небольшим уклоном в сторону естественного водостока, если таковой имеется, или по направлению к дренажному колодцу. Дно траншеи покрывается щебнем (гравием) и песком. На образовавшуюся подушку закладывают перфорированные дренажные трубы (с отверстиями для проникновения воды).