Локальные дренажи (зданий и сооружений)
Локальные дренажи устраивают для защиты от подтопления отдельных зданий и сооружений. При нормальной работе дренажа пониженный УПВ должен находиться ниже отметки пола подвала или основания сооружения не менее 0,5 метра [2]. Таким образом, при локальной защите от подтопления норма осушения берётся не по СНиПу [1] (в отличие от общих дренажей), а отсчитывается как понижение УПВ от низа защищаемого объекта. Локальные дренажи применяют повсеместно. Хотя критерий их выбора связан с грунтами небольшой проницаемости при коэффициентах фильтрации k < 5 м/сут, однако такие дренажи применяют и в хорошо проницаемых грунтах. Поэтому локальные дренажи можно считать достаточно универсальными.
Для зданий и сооружений в городском строительстве устраивают следующие локальные дренажи [2]:
1) пластовые (наиболее надёжные);
2) горизонтальные трубчатые (массовое применение);
а) пристенные (для зданий на водоупоре);
б) кольцевые (контурные, вокруг компактных зданий);
в) одно- и двухлинейные (для вытянутых зданий);
3) вертикальные (скважины — распространены в США);
4) лучевые (в условиях тесной городской застройки);
5) сопутствующие (для дорог и сетей);
6) вакуумные;
7) пневмонагнетательные;
8) комбинированные (в широкой трактовке термина).
В перечисленной классификации основное место занимают дренажи, в которых движущей силой является гравитация. Другими словами, это дренажи, где фильтрационный водоприток грунтовых и напорных вод происходит самотёком, без привлечения дополнительных движущих сил (вакуума, электроосмоса и др.). Это наиболее распространённые дренажи. Простейшим дренажом такого типа является канава. Как только её дно оказывается ниже УГВ, то сразу же в неё начинается фильтрационный водоприток. С дренажей в виде канав начиналась история древних цивилизаций: осушение болот долины Нила 6000 лет назад, осушение междуречья Тигра и Евфрата 5000 лет назад [39]. С тех пор дренажи сильно усложнились.
|
|
|
Вначале познакомимся с основными элементами дренажа, для чего проследим путь прохождения подземной воды из грунта — через фильтрующие обсыпки — в дрены и далее, вплоть до выпуска в дождевую канализацию, или водоём, или нижележащий подземный пласт.
Элементы дренажа
Перечислим основные элементы дренажа:
1) водоприёмное устройство (дрена, скважина);
2) фильтрующие обсыпки и слои (защита от заиления);
3) смотровые колодцы (для удобства обслуживания и ремонта);
4) водоотводящая труба (дренажный коллектор);
5) насосная станция перекачки дренажных вод (не всегда);
6) труба-выпуск дренажных вод (в К2, водоём или пласт).
Рис. 17. Элементы дренажа (на примере кольцевого дренажа)
|
|
|
Элементы дренажа рассмотрим на примере кольцевого дренажа (рис. 17). Он защищает от подтопления грунтовыми водами подвал дома. Дрены 1 уложены вокруг здания на такой глубине, чтобы кривая депрессии УГВ находилась относительно пола подвала как минимум на 0,5 метра ниже. Дрены обсыпаны слоями щебня (в непосредственной близости) и песка (между щебнем и окружающим грунтом) для защиты внутреннего пространства дрен от заиления частицами грунта. Грунтовая вода проходит фильтрующую обсыпку 2 и, довольно чистая, попадает в дрену 1 через водоприёмные отверстия или щели-пропилы. Подземная вода, попавшая внутрь дрены, называется дренажным стоком, который самотёком отводится дренами и через один из смотровых колодцев 3 поступает по дренажному коллектору 4 в резервуар насосной станции перекачки 5. Оттуда дренажные воды время от времени насосом перекачиваются в коллектор дождевой канализации К2. Элемент 5 не всегда нужен (см. с. 35).
Дрены, фильтрующие обсыпки и слои
Дрены — это водоприёмные и одновременно водоотводящие элементы дренажных сооружений и систем. В городском строительстве их устраивают из труб. Трубопроводы могут быть [2]:
— асбестоцементные (чаще всего);
|
|
|
— чугунные (обычно под фундаментами);
— керамические (в агрессивных средах);
— трубофильтры из пористого беспесчаного бетона;
— полимерные гибкие (в основном в период строительства).
Трубы, кроме полимерных, применяют диаметром 150 (min), 200, 250, 300 мм. Полимерные — 100, 200 мм. Минимальный уклон дрен 0,003, в проектах обычно назначают уклон 0,005 [40].
|
|
|
|
|
|
Асбестоцементные трубы безнапорные по ГОСТ 1839-80* чаще всего используют для дрен из-за лёгкости проделывания в них отверстий. Пропилы ножовкой или сверлённые отверстия диаметром 1-1,5 см не должны захватывать более 1/3 диаметра трубы (рис. 18). Шаг пропилов и отверстий рассчитывают по [2]. Трубы соединяют муфтами (рис. 19).
|
 |
Чугунные канализационные раструбные трубы по ГОСТ 6942-80 применяют под зданиями, так как они прочнее асбестоцементных. Водоприёмными отверстиями в них служат стыки-раструбы, которые свер-ху не зачеканивают наполовину (рис. 20). Стык не доводят до упора на 1,5-2 см [40]. Эти трубы применяют также для глухих коллекторов, отводящих дренажный сток. Стыки зачеканивают смоляной или битумизированной паклей (кáболкой) и расширяющимся асбестоцементным раствором [41].
|
|
|
| |||
| |||
|
|
|
Керамические дренажные трубы по ГОСТ 8411-74* отличаются стойкостью к агрессивным воздействиям грунтовой влаги. Особенность их устройства состоит в том, что отверстия в них не пробивают. Грунтовая вода попадает внутрь дрены через зазор стыка, который должен быть 10 мм (рис. 21). Стык накрывают защитным фильтрующим материалом (ЗФМ) — стекловатой, геотекстилем или мхом. Трубы выпускают длиной 33 и 50 см [42]. В городах их применяют в основном для дренирования парковых зон.
Трубофильтры из пористого беспесчаного бетона [2, 3, 40, 43, 44] применяют для повышения технологичности строительства дренажа, так как вместо двухслойной щебёночно-песчаной обсыпки вокруг дренажной трубы требуется уложить лишь песок. Конструкции трубофильтров показаны на рис. 22. Они рассчитаны на работу в неагрессивных средах. Изготавливают трубофильтры из мелкого щебня или гравия фракций 2,5-10 мм и цемента М500 [3, 40, 43, 46]. Соотношение вяжущего и заполнителя принимается 1:6, водоцементное отношение берётся в пределах 0,35-0,45. В городе Омске трубофильтры не изготавливают.
Полимерные гибкие трубы находят применение в основном для временных дренажей на период строительства, что облегчает работы нулевого цикла в котлованах с водопритоками подземных вод. Их поставляют в бухтах. Водоприёмные отверстия в них проделывают на заводе-изготовителе, поверхность труб гофрирована с укреплённым ЗФМ из минваты или полимерного волокна (рис. 23).
|
|
|
|
|
|
Скважины
Дренажные вертикальные скважины удобны в тесной застройке, когда грунты имеют коэффициент фильтрации более 5 м/сут [2]. Мощность обводнённых пород должна превышать несколько метров, с глубиной залегания водоупора свыше 8-10 метров [2]. Выбор скважины вместо горизонтальной дрены должен быть экономически обоснован, так как она требует насоса. В Омске скважины для понижения УГВ нецелесообразны, так как грунты имеют коэффициенты фильтрации менее 1 м/сут. Исключение составляют поглощающие скважины, сбрасывающие дренажные воды в нижележащий пласт; они экономичны, но такой сброс должен быть обоснован (см. с. 36). Разновидностью дренажных скважин являются горизонтальные и наклонные. Их устраивают с помощью специальных буровых станков или продавливанием домкратом. Горизонтальные скважины применяют для лучевых дренажей (см. с. 40).
Скважины изготавливают чаще всего из стальных труб диаметром 100-200 мм. Просверливают отверстия на участке трубы, соответствующем залеганию ПВ. Скважность отверстий должна быть 20-25 % [2]. Трубу поверх отверстий обматывают мелкой латунной сеткой (ячейка не более 1 мм) и опускают в пробуренную полость грунта. В зазор между трубой и грунтом насыпают крупнозернистый песок слоем не менее 5 см — это защитная фильтрующая обсыпка [45]. Внутрь скважины опускают погружнóй насос. Подробнее о скважинах см. в [2].
Смотровые колодцы
Смотровые колодцы для дренажа сооружают из железобетонных колец поч-ти так же, как канализа-ционные, по ГОСТ 8020-80. Шаг колодцев не более 35 метров при диаметре дрены 150 мм и не более 50 метров — при диаметре 200-300 мм. В отличие от канализа-ционных, они должны иметь отстойник для выпадения в осадок частиц грунта из дренажных вод (рис. 25). Люки колодцев на асфальтовых покрытиях должны быть вровень с ними, на газонах — выше на 5...7 см, на пустырях — выше на 20 см. Диаметр колец 1 метр при глубине колодца до 3 метров или 1,5 метра — при его глубине свыше 3 метров [24]. Дно колодца устраивают из монолитной подбетонки [2].
Трубы-коллекторы
Трубы-коллекторы отводят самотёком дренажные воды от защищаемого объекта для последующего выпуска в дождевую канализацию К2, водоём или подземный пласт через поглощающую скважину или колодец. Трубы устраивают глухие, с полной заделкой стыков, как для наружной канализации, по СНиПу [24]. Иногда их функционально совмещают с дренами, иногда — с дождевыми (ливнедренажными) коллекторами [3, 26].
Насосные станции перекачки
Насосные станции перекачки устраивают при невозможности самотечного стока дренажных вод в места выпуска [2]. Они могут быть выполнены, например, как большие смотровые колодцы с резервуаром-отстойником (рис. 26). Работу насоса автоматизируют с помощью двух датчиков уровня воды — на верхний и нижний уровни (ДВУ и ДНУ). Насос, при накоплении воды до ДВУ, включается и перекачивает воду по трубе-выпуску. Когда уровень воды в резервуаре понизится до ДНУ, насос вы-ключается. Время работы насоса должно быть не менее 10-15 минут, что достигается подбором насоса и объёма резервуара.
Выпуски дренажных вод
Выпуски дренажных вод могут быть решены по одному из трёх вариантов:
1) в дождевую канализацию К2;
2) поверхностный водоём или водоток;
3) подземный пласт.
Выпуск в дождевую канализацию может быть самотечным, если коллектор К2 находится ниже трубы-выпуска. Иначе надо устраивать насосную станцию перекачки дренажных вод (см. рис. 26). Подсоединение трубопровода выпуска к К2 выполняют через смотровой колодец.
Выпуск в поверхностный водоём или водоток (рис. 27) устраивают незатопленный [2]. Низ трубы должен быть на 0,3 метра выше уровня водоёма. Поверхность берега в месте выпуска укрепляют мощёным камнем или бетонными плитами. Трубу закрывают решеткой от грызунов.
Выпуск в подземный пласт устраивают через поглощающую скважину или колодец (рис. 28). Надзирающие государственные органы по охране природы обычно противятся такому сбросу, мотивируя опасностью загрязнения подземных вод. Однако такой выпуск можно обосновать. Во-первых, дренажные воды могут, наоборот, улучшить ПВ, особенно если ПВ – солоноватые. Во-вторых, если дренажный сток действительно загрязнённый, то он легко очищается с помощью септиков [23].
После знакомства с основными элементами дренажа рассмотрим наиболее распространённые локальные дренажи из перечисленных на с. 30.
Пластовые дренажи
Пластовый дренаж является самым надёжным из всех типов дренажей. Он стандартизован во всём мире. Например, в Германии — это стандарт DIN 4095 [7], в США имеется соответствующий стандарт ASTM. Наиболее подробно об этом дренаже изложено в отечественной книге [46]. При проектировании, кроме того, можно использовать типовую серию 8.005-1 «Конструкции пластовых дренажей» [40]. Пример пластового дренажа изложим по [2, 40, 46].
На рис. 29 изображён пластовый дренаж здания шириной не более 30 метров. Характерной особенностью таких дренажей является их сооружение до строительства защищаемого здания или сооружения.
Вначале откапывают котлован, дно которого планируют с уклоном 0,01 в одну сторону, где делают небольшую канаву. По дну котлована и в канаве отсыпают слой среднезернистого песка толщиной не менее 10 см. С использованием нивелира в канаву укладывают пристенную дрену 2 с уклоном 0,005 в сторону отводящего коллектора. Все работы по укладке дрен и коллекторов делают по способу «снизу вверх», то есть монтаж трубопроводов начинают с самой низкой точки. Затем насыпают слой щебня 3 толщиной не менее 15 см, который будет отводить грунтовую воду из-под здания в дрену. После устройства пластового дренажа начинают строительство фундаментов. Стену снаружи обмазывают двумя слоями горячего битума — это гидроизоляция 4 от влаги, стекающей по фильтрующей песчаной шторе 1.
В случае сооружения пластового дренажа для здания шириной более 30 метров пристенные дрены укладывают с двух сторон дома, а при ширине более 60 метров — под зданием из чугунных труб.
Горизонтальные трубчатые дренажи
Горизонтальные трубчатые дренажи подразделяются на три вида:
а) пристенные (для зданий на водоупоре);
б) кольцевые (контурные, вокруг компактных зданий);
в) одно- и двухлинейные (для вытянутых зданий).
Пристенный дренаж показан на рис. 30. Такой дренаж предназначен для зданий, посаженных на водоупорные породы (жирные глины, нетрещиноватую скалу). Водоупор должен быть сплошной под зданием. Хотя в Омске водоупорные глины часто расположены близко от поверх-ности земли, но они являются относительными водоупорами, то есть слегка пропускающими воду.
Кольцевой (контурный) дренаж показан на рис. 17, 27, 28. Описание его работы см. на с. 31. Такие дренажи можно устраивать в грунтах с коэф-фициентами фильтрации не менее 2 м/сут [22].
Одно- и двухлинейные дренажи сооружают для вытянутых в плане зданий (рис. 31). Однолинейный — со стороны склона, как головной (см. рис. 16, с. 29).
Лучевые дренажи
Лучевой дренаж позволяет осушать грунты существующей плотной застройки под зданиями. Технология его строительства имеет особенность — бестраншейная прокладка дрен-лучей путём горизонтального бурения прямо из шахт-колодцев (рис. 32). Нетрудно заметить, что по конструкции шахта аналогична насосной станции перекачки (см. рис. 26, с. 36).
Изначально такие дренажи сооружались для нужд водоснабжения около рек и назывались лучевыми водозаборами [47]. Затем они были модифицированы для защиты от подтопления застройки [29, 48].
Луч-дрена должна закладываться в хорошо проницаемые прослои грунта, например в пески. В этом случае дренаж будет эффективен. Шахту сооружают из железобетонных колец диаметром от 2 до 6 метров — чаще 4,5-5 метров [2] — методом опускного колодца глубиной 10-15 метров. Затем выше дна колодца на 2,5-3 метра устанавливают станок горизон-тального бурения и с помощью шнеков пробуривают скважину с обсадной трубой. Туда устанавливают лучевую дрену с ЗФМ, а обсадную трубу извлекают. Другим способом дрена может быть задавлена в грунт с по-мощью домкрата. В шахте устанавливают насос для пере-качки дренажных вод. Из шахты может быть пробурено несколько лучевых дрен, идущих под зданием (рис. 33).
Наибольший производственный опыт по сооружению лучевых дренажей накоплен в Белгороде и Харькове. В Омске такие дренажи не строили, были лишь проектные предложения.
Сопутствующие дренажи
Сопутствующие дренажи устраивают для вытянутых сооружений:
— дорог;
— инженерных сетей.
Сопутствующие дренажи дорог необходимы для осушения верхней части земляного полотна с целью увеличения межремонтного срока эксплуатации дорог. Стоимость благоустроенных сетей городских дорог составляет не менее 50 % бюджета каждого города [49], поэтому дрени-рование может принести существенную экономию. Дорожный дренаж можно проектировать по «Типовым проектным решениям 503-0-43. Дренажные устройства земляного полотна автомобильных дорог общей сети Союза ССР» [50]. На рис. 34 показан вариант дренажа дороги.
Сопутствующие дренажи инженерных сетей (теплотрасс, водопровода, канализации) нужны как профилактические и как защитные одновременно, так как они могут перехватывать утечки воды из сетей и понижать УПВ около них. На рис. 35 показан пример пластового дренажа лотка теплотрассы. Нетрудно заметить сходство с дренажом дороги и отличия от пластового дренажа здания. Во-первых, уклон водоотводящей фильтрующей постели принимают гораздо больший, чем у пластового дренажа здания (см. рис. 29, с. 38). Во-вторых, сопутствующий дренаж рассмотренных сооружений имеет мелкое заложение. Уклон сопутствующей дрены принимают тоже больший (0,04), чем около здания (0,005). Это делается с учётом возможного замерзания воды при мелком заложении дренажа [49]. Сброс дренажных вод может быть осуществлён самотёком в коллекторы дождевой канализации К2, прокладываемые обычно вблизи дорог.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 471; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!