Типи і конструкції дренажів, умови їх застосування.
При захисту території від підтоплення грунтовими водами в залежності від геологічних, гідрологічних, виробничо-економічних умов застосовують три основні види дренажу: горизонтальний, вертикальний і комбінований. В окремих випадках ( біля основи будівель, дамб, споруд ) виконують пластовий ( постільний ) дренаж у вигляді суцільної одно або двошарової постелі із зернистого матеріалу.
Горизонтальний дренаж. Дренаж цього типу складається із двох основних елементів: горизонтальної труби, що укладається по дну траншеї і фільтруючої обсипки по всьому або частині її периметру ( захисного фільтру), який зупиняє виніс ґрунту в трубу фільтраційним потоком. Горизонтальний дренаж широко поширений в практиці гідромеліоративного будівництва, застосуванням практично у будь-яких інженерно-геологічних
умовах. Відкритим способом (в траншеях) виконується на глибину до 6 м, закритим (щитовим) способом на будь-якій необхідній глибині. Для контролю роботи і прочистці на трасі встановлюються оглядові колодязі (рис. 1.25).
Рис. 1.25. Конструкція горизонтального дренажу: 1 – бетонна труба з круглими отворами; 2 – зворотна засипка місцевим грунтом; 3 – великий гравій; 4 – гравій середньої величини; 5 – великий пісок; 6 – підготовка із щебеню; 7 – цементне кільце (муфта).
За умовами роботи розрізняють досконалий і недосконалий горизонтальний дренаж. Перший відрізняється тим, що повністю прорізує водоносний шар до водо напір і розміщується на ньому. Другий знаходиться у водоносному шарі грунту і до водонапору не доходить.
Для необхідного горизонтального дренажу використовують труби залізобетонні, азбестоцементні, керамічні ( гончарні ), із пористого бетону.
Конструктивно і за розмірами вони не відрізняються від труб водостічної сітки (рис. 1.26). Труби із пористого бетону відрізняються трохи більшою товщиною і високою можливістю пропускати воду крізь матеріал стінок. Діаметр труб горизонтального дренажу приймають в залежності від фільтраційного розходу води, умов роботи і важливості споруди.
Рис. 1.26. Основні форми поперечного січення дренажних труб із бетону: а – кругла; б – кругла з плоскою основою; в – продовгувата з плоскою основою; г – прямокутна.
Дренажні труби укладають на спеціально підготовлену основу із бетонних плит, шару щебеню або глинобетону. Кінці дренажних труб з метою перешкоджання виносу грунту через стики з’єднують рас трубами, муфтами або в четверо з ретельною зарубкою швів.
В стінках бетону і азбестоцементних труб для прийому води встановлюють круглі і щілеподібні отвори. В трубах великих діаметрів водо прийомні отвори розміщують тільки в нижній частині. В керамічних трубах роль водоприймальних отворів виконують їх рас труби, незароблені у верхній частині.
Вертикальний дренаж.Дренаж цього типу виконують у вигляді ряду свердловин, обладнаних водоприймальними фільтрами, водозабірними і водовідвідними пристроями. Застосовується вертикальний дренаж практично у будь-яких інженерно-геологічних умовах без обмеження по глибині (рис.1.27).
Рис. 1.27.Вертикальна дренажна свердловина: 1 – оглядовий колодязь; 2 – затвор; 3 – голівка; 4 – всмоктувальний трубопровід; 5 – всмоктувальна труба; 6 – депресивна поверхня підземних вод; 7 – навідна труба; 8 – фільтр; 9 - відстійник
В залежності від міцності і характеру дренуючої водоносної товщі система вертикального дренажу може виконуватися як досконалого, так і недосконалого типу.
Рис. 1.28. Основні схеми фільтрів дренажних свердловин : а – у вигляді одношарової обсипки, що засипається в свердловину; б – у вигляді двошарової обсипки, що засипається в свердловину; в - у вигляді тришарової обсипки, два шари якої монтуються на каркасі; 1 – дірчата труба; 2 – фільтрова обсипка, що засипається у свердловину; 3 – відстійник; 4 - фільтрова обсипка, що монтується на каркасі.
Надійність і довговічність вертикального дренажу в основному залежить від якості фільтру, яким обладнуються свердловини. В практиці меліоративного будівництва частіше всього використовуються фільтри сітчасті, дірчасті, щілинні і піщано-гравійні. Останні являються найбільш надійними, особливо в дрібнозернистих і глинистих грунтах. Виконують його у вигляді одношарової або двошарової відсипки або безпосередньо в свердловині, або на каркасі, що опускається в свердловину ( рис. 1.28 ). В якості опорних каркасів трубчастих фільтрів використовують перфоровані труби із сталі, азбестоцементу, пластмас. Каркаси фільтрів виготовляють із труб діаметром 150-200 мм ( інколи більшого) з водоприймальними отворами круглої форми при загальній свердловин частості до 20-25%. Стержневі каркаси з повздовжньою обмоткою мають свердловин частість до 65%. Найбільш стійкі проти хімічної корозії вініпластові каркаси. Стальні каркаси необхідно захищати антикорозійними покриттями.
Відбір і відвід води із свердловин вертикального дренажу здійснюють кількома способами: само виливом ( у випадку напірних вод) в само точному колекторі або водоприймач насосної станції; загальним сифонним трубопроводом ( рис. 1.29); глибинними насосами індивідуально із кожної свердловини.
Дренажна система з само виливом води із свердловини в колектор найбільш проста і надійна в експлуатації, але не дозволяє регулювати напір у свердловинах.
Сифонний метод відбору і відводу води із дренажних свердловин більш складний в експлуатації, але доволі ефективний і маневровий. Він дозволяє здійснювати різні пониження депресивної поверхні фільтраційного потоку. Конструктивно ця система складається із одної або двох ліній сифонного трубопроводу, до яких приєднані всмоктуючи ми колінами дренажні свердловини. В залежності від важливості об’єкту сифонні трубопроводи укладають або безпосередньо в грунт, або в прохідній галереї. Для установки сифонного трубопроводу використовують залізобетонні або сталеві труби діаметром 300-500 мм з антикорозійним покриттям. В місцях розміщення свердловин встановлюють оглядові колодязі.
Рис. 1.29. Схема вертикального дренажу з сифоном: 1 – сифонний трубопровід; 2 – повітряний котел; 3 – до вакуум-насосу; 4 – до насосу; 5 – приймальний резервуар; 6 – низхідна дільниця сифону; 7 – всмоктувальна труба; 8 – трубчасті колодязі.
Встановлення окремих глибинних насосів в кожній свердловині, як достатньо дорога і ненадійна при тривалій експлуатації із-за призупинень і зміни насосів, застосовуються тільки у випадках, коли інші способи неможливі.
Комбінований дренаж.Дренаж цього типу складається із горизонтальної трубчастої дрени і кількох вертикальних самовиливних свердловин. Використовують його в тих випадках, коли горизонтальна дрена не може забезпечити необхідного перехвату фільтраційних вод. Комбінований дренаж досить ефективний як при однорідних грунтах з великою міцністю фільтруючої товщі, так і при шаровій будові цієї товщі. Конструктивно горизонтальна дрена комбінованого дренажу аналогічна дрені горизонтального дренажу, а дренажні свердловини нічим не відрізняються від само виливних свердловин вертикального дренажу. Горизонтальну дрену комбінованого дренажу переважно закладають на глибину 5-6 м. Дренажні свердловини розміщують у оглядових колодязях для можливості постійного контролю їх роботи.
Фільтруючі обсипки дренажних пристроїв. Поступає вода в дренажні труби, галереї і дренажні свердловини через водоприймальні отвори в стінках труб або через незароблені стикові з’єднання. Розміри отворів призначають в залежності від зернового складу ґрунту першого шару фільтруючої обсипки. Для ґрунту з коефіцієнтом неоднорідності к=d60/d10 ≤ 5 їх приймають рівними: для круглих отворів d = (2,5-4,0)d50 мм, для щілин ð = (1,25-2,0)d50 мм; для сіток в = (1,25-2,0)d50 мм, де d60, d50 і d10 діаметри частин, дрібніше яких відповідно 60, 50 і 10%. Менші значення отворів призначають для однорідного матеріалу обсипок (к ≤ 2), а більші – к > 2.
Склад фільтруючих обсипок по периметру труб, їх конструктивне вирішення залежить від крупності (зернового складу) дренуючих ґрунтів, фільтраційного розходу, конструкції дренажу. Обсипка може бути одно-дво -і тришаровою при круговій (кільцевій), прямокутній і трапецеподібній укладці довкола труби. В трубчастих дренажах із пористого бетону переважно застосовують одношарову обсипку. Величину фракцій ґрунту фільтруючих обсипок і товщину шарів визначають розрахунком.
При укладці шарів обсипки стараються витримати значення міжшарового коефіцієнту в межах D50/d50 = 5-10. Товщина шарів при цьому в горизонтальних дренах складає 100-150 мм, в пластових дренах 250-300 мм, у вертикальних свердловинах 40-50 мм.