Реферат: Вертикальный дренаж. По геолого-гидрогеологическим условиям вертикальный дренаж целесообразно применять Технология устройства вертикальных дрен
Устройство дренажа "под ключ": осушим участок, защитим фундамент по приемлемым ценам в короткий срок, работаем 18 лет, 2 года гарантии
8 915 450-76-79 Максим
Устройство дренажа в фотографиях
Виды дренажей.
Что такое дренажная система, какие виды дренажей сущесвуют?
Дренажные системы – разумное решение проблемы негативного влияния грунтовых и ливневых вод. – это инженерное решение, которое отводит и собирает подземные и отфильтрованные воды, которые накопились под землей, или под или рядом c любыми строениями.
Если на участке переувлажненая почва, для нормального строительства и выращивания растений необходимо создание комплекса гидротехнических сооружений, которые будут способствовать отводу лишней воды. Данный комплекс представляет собой дренажную систему. Благодаря её работе предупреждается избыточное скопление поверхностных вод, а также устраняется процесс переувлажнение почвы. Для анализа необходимости дренажа нужно учесть гидрологические факторы .
Дренажи деляться по видам на поверхностный дренаж, глубинный и вертикальный.
Дренажная система - это широко разветвленная система дренажных труб , которые взаимосвязаны и расположенные вдоль или вокруг постройки, которую они защищают от влаги, или проложены по всей площади осушаемого участка. Вода, которая стекает по грунту, попадает в дренажную систему, и попадает в трубу. Труба в своих стенках имеет большое количество отверстий, диаметр которых составляет 1,5-5 мм. Отверстия сделаны почти на всей площади дренажной трубы, на небольшом расстоянии друг от друга. Как правило выполняют обратную засыпку дренажа для этого используют гравийный щебень и песок. Вода, которая была собранная дренажными трубами, поступает в водоприемник или в специальный водоприемный колодец, котрый так же является частью дренажной системы. Если применять дренажный колодец, то его нужно копать в самой низкой точке дренажа, можно учитывать особенности рельефа участка, но при незначительном перепаде высот, дренажный колодец может быть помещен в любой точке участка. Лишние почвенные воды (верховодка) могут навредить не только растениям сада, но и фундаменту дома, а также проложенным дорожкам и отмосткам. Большое количество воды может скапливаться в области фундамента здания. Замерзнув зимой скопившаяся вода может повредить фундамент или деформировать дорожки. Любые виды дренажа противостоят таким процессам. Качественно установленная система дренажа не дает возможности грунтовым водам подняться на высокий уровень к основанию дома.
Качественный сделанный дренаж наравне и совместно с гидроизоляцией, системой вентиляции защищает каждое подвал здания от повреждений, которые связанны с образованием плесени, мерзлотой и большой влажностью и подтоплением. Правильно сделанная дренажная система предотвращает затопление подвалов и цокольных этажей. Пренебрегать дренажной системой на участке тоже нельзя, так как высокая влажность способствует нарушению аэрации почвы и может привести к их заболачиванию. Многие растения из-за большой влажности могут засохнуть.
Перед началом освноения участка следует выбрать нужный вид дренажа и заранее позаботиться о создании дренажной системы.
Поверхностный дренаж.
Поверхностный дренаж самый простой вид дренажа. Поверхностная дренажная система собирает воду с водостока и участка. Собирая и отводя воду, выпадающую в виде атмосферных осадков, она снижает переувлажнение. Делать систему данного вида проще всего. Для этого не нужны масштабные земляные работы. Поверхностный дренаж ещё называют ливневым дренажем, и подразумевает создание точечных и линейных водоотводов. Точечный дренаж необходим для локального сбора воды. Это может быть сбор стекающей с крыши воды, либо воды из-под поливных кранов. Линейный дренаж предназначен для сбора воды на большой территории.
Глубинный дренаж участка представляет собой горизонтальный тип систем осушения и предназначен для снижения уровня грунтовых вод и отвода их за пределы территории участка, этот вид дренажа также решает проблему отвода из грунта "лишней" воды, собирающийся в грунте при таянии снега и обильных осадках. Такой дренаж необходим для участков, расположенных в низине, избыточно увлажнённых местах, но не будет лишних на любом участке с глинистыми или суглинистыми почвами, где будет проложена дорожно-тропиносная сеть и будет проводится комплексное озеленение. Данная вид дренажа состоит из дрен (перфорированные трубы), которые лежат в специальных траншеях на заданной глубине, которая ведёт к коллекторной трубе большего диаметра или к сборочному колодцу. Если участок имеет площадь порядка 15-20 соток, то моджно испольтзовать трубу одного лиаметра. При большей площади уже нужно исползовать коллекторную трубу или даже несколько колодцев. Глубинный дренаж - это самый распространненый вид дренажа, который мы чаще всего испольщзуем в своей практике. Чтобы прочитать об этом виде дренажа более подробно перейдите по ссылке выше.
Вертикальный дренаж.
Вертикальная дренажная система это вид дренажа состощих из нескольких колодцев, обычно размещенных около здания. Собранная ими вода при помощи специальных насосов отводится с территории участка. Дренажную систему обустроить не так уж и сложно, однако затруднения возникают при её проектировании. Составление проекта требует специальных инженерных знаний и умений. Поэтому самостоятельно проектировать дренажную систему не стоит. Лучше доверить проведение работы опытным специалистам. Для правильного проведения мероприятий необходимо специальное гидротехническое оборудование. Это относится ко всем видам дренажей.
Лучевой дренаж.
Вид дренажа состоящий из ситемы колодец и дрены - лучи, применяется на территориях с большой плотностью застройки, чаще промышленого назначения. Более подробная информация дана по ссылке выше.
Дополнительные виды дренажей.
Открытые дренажные системы
более подробно про поверхностный дренаж
Открытые дренажные системы или поверхностный дренаж являются наиболее простыми системами водоотвода. Они предназначены для быстрого отвода дождевой, талой и паводковой воды с поверхности участков, дорожек, крыш зданий. Такие системы достаточно легко устанавливаются, они удобны в обслуживании.
Открытые дренажные системы подразделяются на точечные и линейные. Точечные дренажные устройства применяют для отведения от фундамента дома воды, поступающей с крыши, из водосточных труб, для локального сбора дождевой и талой воды. Для этого используются специальные дождеприёмники. Дождеприемники комплектуют сифонными перегородками, которые не позволяют неприятному запаху выходить из труб ливневой канализации, а также специальными корзинами для сбора мусора.
Линейный поверхностный дренаж применяется для сбора и отвода воды с небольших территорий. Для этого по периметру участка или по периметру его отдельных зон, если участок большой, прокапывают канавы шириной примерно 30-40 см. Также канавы следует подвести к тем зонам участка, где требуется интенсивный водоотвод. Глубина канав должна составлять до полуметра, а их стенки должны иметь наклон 20 - 30 градусов. Вырытые траншеи должны спускаться к главной канаве, в которую и будет поступать избыточная влага. Главную канаву можно сооружать сразу для нескольких участков. Линейный водоотвод часто дополняют емкостями для улавливания песка и мусора, который с потоком воды попадает в водосток. Канавы сверху можно прикрыть решетками. Так же можно в выкопанный неглубокие траншеи полодить дренажные трубы и затем отсыпать.
Для того, чтобы дренажная система работала, траншеи нужно засыпать фильтрующими материалами - щебнем, речной галькой, битым кирпичом или их смесью. Слой засыпки должен иметь толщину 30 - 40 см. Но такой дренаж прослужит примерно 5 - 7 лет, затягиваясь со временем частицами почвы. Для того чтобы дренаж прослужил дольше нужно обратить внимание на
При проектировании локальных очистных сооружений, где предусматривается комплекс мероприятий по очистке хозяйственного бытового стока, в дальнейшем, мы сталкиваемся с утилизацией очищенных стоков в пределах данного объекта, а попросту необходимо организовать правильный дренаж участка.
Существует большое количество технических решений по данному вопросу:
- Дренажный колодец;
- Подземные поля инфильтрации на базе труб;
- Современные дренажные поля на базе конструктивных элементов, таких как дренажные тоннели GRAF 300 , дренажные блоки GRAF EcoBloc ;
- Дренажные траншеи;
- Поля инфильтрации – Иловые карты;
- Сброс очищенной воды после обеззараживания на рельеф местности (канава, пожарный водоем и др.)
- Дренаж вертикального типа.
У каждого решения есть свои преимущества и недостатки.
Сегодня, мы остановимся на вертикальном дренаже.
Вертикальный дренаж участка – это комплекс мероприятий для утилизации воды (дождевой, грунтовой, после глубокой биологической очистки), с последующей инфильтрацией в материковые грунты. В некоторых случаях такой комплекс, в зависимости от геологического строения грунтов, решает задачу по водоотведению и утилизации воды на участке.
Дренаж вертикального типа применяется в тех случаях, когда на участке присутствуют грунты (глина, суглинки) со слабыми инфильтрирующими свойствами не способных принимать то количество воды, которое необходимо утилизировать. Однако если сделана геологическая разведка и на определенной отметке порода представлена такими грунтами как песок крупнозернистый, среднезернистый, мелкозернистый, который имеет отличные свойства для поглощения воды, тогда появляется шанс отвести воду от участка с наименьшими затратами.
На примере можно представить такую картину. Есть приусадебный участок и, согласно геологической разведке, вначале расположены глинистые грунты, а на глубине 8-10 метров находится песчаный слой. Однако этот слой находится на большой глубине, что затрудняет доступ к нему. Из-за этого создается ощущение, что уровень грунтовых вод максимально высокий и от воды можно избавиться только поверхностным отведением на рельеф (в придорожную канаву, в овраг, в лес и т.д.).
Другим решением может быть копка глубокого колодца на базе ж/б колец, но это дорогая процедура, включающая в себя стоимость материалов, работы, транспортные расходы и, при этом, не всегда попадется квалифицированная бригада, способная осадить кольца на такую глубину. Кольца, особенно в глинистых грунтах, может зажать, либо кольца, при копке, начнут смещаться относительно своей оси, что приведет к невозможности монтажа. Таких спецов, которые берутся за такую работу очень не много и, даже, если и возьмутся, не всегда есть гарантия успеха.
Для того, чтобы не рисковать и потратить Ваши финансовые средства с максимальной выгодой, применяется другой метод – это бурение скважины буровой машиной посредством шнека, диаметром не менее 300 мм. После того, как установка пробурила шахту закладывается специальный мешок из геотекстиля, который, в свою очередь, не дает кальматированию (заиливанию) щебеночной основы. Щебеночная основа – это наполнитель пространства шахты, который является отличным проводником для воды. Для более эффективной работы такой шахты (дрены), закладывается ПВХ труба, с предварительно насверленными отверстиями. Данная конструкция позволяет решить проблему с подтапливанием участка, утилизацией дождевой и понижением уровня грунтовых вод, также, может участвовать в комплексе с системой дренажа, канализации, отвода дождевой воды. Таких шахт может быть несколько, объединенных между собой в одном гидротехническом комплексе. Для более правильных расчетов необходим точный анализ геологического строения грунтов.
Вертикальные дрены применяются в тех случаях, когда скорость консолидации (уплотнения) и упрочнения слабого грунта в процессе уплотнения слишком мала для того, чтобы обеспечить быстрое возведение насыпи или сооружения . Они особенно эффективны в тех случаях, когда сжимаемость слабых водонасыщенных грунтов определяется в основном первичной консолидацией.
При сооружении зданий и сооружний на больших площадях, в основании которых залегают толщи слабых водонасыщенных глинистых грунтов (при толщине слабого слоя грунта H >10м и показателе текучести I L > 1,0), обычно прибегают к методу вертикального дренажа с последующей пригрузкой площадки строительства весом насыпи или другими материалами, полезная нагрузка от которых равна или превышает нагрузку от проектируемого сооружения.
Методы вертикального дренажа основаны на том, что уплотнение слабых водонасыщенных грунтов в основном определяется процессами отжатия воды - процессом фильтрационной консолидации.
По классической теории фильтрационной консолидации К. Терцаги, время уплотнения водонасыщенных грунтов пропорционально коэффициенту фильтрации и квадрату толщины уплотняемого грунта.
Устраивая в толще водонасыщенного глинистого грунта вертикальные дрены на расстоянии друг от друга от 2 до 5 м на глубину до
20 м, можно значительно сократить расстояние, которое необходимо пройти отжимаемой воде из глинистого слоя до дрен и, следовательно, уменьшить время уплотнения грунтов основания.
Чтобы создать избыточное поровое давление, под действием которого вода будет перемещаться до дренажной поверхности, поверх вертикальных дрен устраивают песчаную подушку, а затем пригрузочную насыпь или сооружение (Абелев М.Ю. .
Песчаная подушка объединяет вертикальные песчаные дрены, собирает из них воду, кроме того, служит горизонтальным дренажом (рис. 3.40).
Рис. 3.40. Схема уплотнения слабых водонасыщенных грунтов
песчаными дренами и пригрузкой территории:
1– фильтрующая пригрузка; 2 – слабый грунт; 3– песчаная дрена;
4–подстилающий дренирующий слой
Уплотнение слабых водонасыщенных грунтов вертикальными дренами широко применяется в практике строительства различных сооружений во многих странах. В настоящее время в практике используются дрены, устраиваемые из песка, бумаги, синтетичесих, комбинированных материалов и др., что требует применения различных сложных механизмов и специального оборудования.
Вертикальные песчаные дрены устраивают следующим образом. Чтобы по площадке могли перемещаться механизмы, на ней сначала отсыпают песчаную подушку толщиной не менее 0,5 м. Для устройства дрен применяют самоходную установку на базе экскаватора, на которую подвешена обсадная труба с оголовником, прицепным бункером и инвентарным башмаком. Диаметр обсадной трубы для устройства песчаных дрен назначается в зависимости от погружающего оборудования в пределах d = 0,4-0,5 м.
Технология устройства вертикальных песчаных дрен аналогичен песчаным сваям (см. рис. 3.21) и состоит из следующих операции.
Металлическую трубу с закрытым наконечником погружают вибратором, вибромолотом или другими механизмами на заданную глубину.
Затем через боковое отверстие в верхней части трубы в нее отдельными порциями засыпают песок так, чтобы заполнить трубу на высоту 2-4 м. После этого включают вибратор или вибромолот и трубу поднимают на 2-3 м. В скважине остается столб песка. Затем в обсадную трубу засыпают следующую порцию песка (тоже на высоту
3-4 м) и снова поднимают трубу. При этом длина трубы должна превышать длину вертикальной дрены не менее чем на 2 м.
В последующие годы технология устройства песчаных дрен и применяемое оборудование были усовершенствованы, а в регионах, где отсутствуют пески, начали широко применяться эффективные виды ленточных бумажных, синтетических, комбинированных и других видов дрен, с разработкой специальной технологии и механизмов по их погружению. Бумажные и искусственные плоские дрены (заводского изготовления) состоят из жесткого пластмассового сердечника, обернутого тонким слоем фильтрующего материала (специальным образом обработанная бумага или нетканые материалы, изготовленные из полипропилена, полиэстера, полиэтилена). Такие материалы хорошо зарекомендовали себя как фильтры и гарантируют от продавливания мелких частиц и засорения дренажных каналов в сердечнике. Плоские дрены погружаются в грунт вдавливанием с использованием специального оборудования.
Следует отметить, что по условию работы дрены устраиваются как совершенные и несовершенные (рис. 3.41).
Рис. 3.41. Расчетные схемы совершенной (а) и несовершенной
1– песчаная подушка; 2–песчаная дрена; 3–естественный дренирующий слой; 4 –песчаная дрена
Вертикальные дрены работают по схеме совершенных при прорезке ими всего слабого слоя грунта. В случаях, когда слой слабого грунта заключен между двумя дренирующими слоями (сверху и снизу) и дрена полностью прорезает слой слабого грунта, принимается, что уплотнение слоя грунта происходит за счет отжатая воды из пор грунта в дрену и в оба фильтрующих слоя.
К недостаткам метода относятся использование специального оборудования, большие трудозатраты при возведении пригрузочной насыпи и ее снятии и др. Очевидно, это обстоятельство привело к ограничению применения этого метода в практике строительства.
В обводненных грунтах достаточно высокой проницаемости (с коэффициентом фильтрации более 5 м/сут), мощности обводненных пород, превышающей несколько метров, и глубине залегания водоупора свыше 8 - 10 м;
При двухслойном строении обводненной толщи пород, когда верхний слой сложен слабопроницаемыми глинистыми породами мощностью несколько метров, а нижний -хорошо проницаемыми породами;
При многослойном строении обводненной толщи пород значительной (более 10 м) мощности.
Применение вертикального дренажа может оказаться целесообразным и при необходимости снижения уровня грунтовых вод в пределах отдельных их куполов, сформировавшихся в толще слабопроницаемых пород (с коэффициентом фильтрации порядка 1 м/сут) большой мощности (в несколько десятков метров).
Основными конструктивными элементами водопонизительной скважины вертикального дренажа являются:
Ствол, обычно закрепленный обсадными трубами;
Фильтр с надфильтровой трубой;
Водоподъемное оборудование.
Обсадные трубы выполняют функции крепления стенок скважины, обеспечивая их устойчивость как в период проходки скважины, так и в период ее эксплуатации. В большинстве случаев после устройства дренажной, скважины и оборудования ее фильтровой колонной и фильтром обсадные трубы извлекаются полностью или частично.
Конструкцию с устройством песчано-гравийной засыпки в пространстве между стенкой скважины и фильтровой колонной на всю длину целесообразно применять в дренажных скважинах сравнительно небольшой глубины, а также в условиях дренирования слоистой толщи пород.
Вертикальные поглощающие дренажные скважины устраиваются в тех случаях, когда нет опасности загрязнения подземных вод нижележащего (поглощающего) водоносного горизонта.
В конструктивном отношении поглощающие скважины представляют собой буровые полости со сплошным заполнением их песчано-гравийной смесью или оборудуются фильтровой колонной с фильтрами, расположенными в пределах дренируемого и водопоглощающего слоев. Вокруг фильтровой колонны выполняется обсыпка песчано-гравийным материалом.
Скважины вертикального дренажа оборудуются фильтрами, конструкции которых могут быть различными.
Основными элементами фильтра являются каркас и водоприемная поверхность.
Применяются каркасы стержневые, трубчатые, с круглой или щелевой перфорацией, а также каркасы из штампованного листа.
Водоприемная поверхность выполняется в виде проволочной обмотки, штампованного листа, металлических и неметаллических сеток, трубофильтров из различных искусственных пористых материалов, а также песчано-гравийной засыпки.
Наиболее распространенным и эффективным типом фильтров являются песчано-гравийные фильтры, которые подразделяются на засыпные, кожуховые и блочные фильтры.
В качестве конструкционных материалов для изготовления трубчатых каркасов фильтров применяются трубы горячекатаные, электросварные, трубы полиэтиленовые или поливинилхлоридные, трубы асбестоцементные.
Для изготовления стержневых каркасов применяется сталь прутковая марок Ст3, Ст5, Ст7 диаметрами 12, 14, 16 мм, а также соединительные патрубки и опорные кольца из горячекатаных труб.
Проволочные обмотки каркасов выполняются из стальной нержавеющей проволоки диаметром 2-4 мм. Штампованные элементы водоприемных поверхностей изготавливаются из листовой нержавеющей стали толщиной 0,8 - 1 мм.
Сетчатые элементы водоприемных поверхностей выполняются из синтетических сеток, сеток из нержавеющей стали или латуни различного плетения.
Отбор воды из скважин вертикального дренажа осуществляется различными типами водоподъемных устройств в зависимости от глубины динамического уровня воды в скважине, ее диаметра, водообильности дренируемого водоносного пласта и др. При этом применяются насосы с погружными электродвигателями, насосы с трансмиссионным приводом, горизонтальные центробежные насосы, а также вакуумные или эрлифтные водоподъемные устройства.
Насосами обычно оборудуются одиночные дренажные скважины. При наличии ряда сравнительно близко расположенных дренажных скважин целесообразно устройство эрлифтных или вакуумных систем, которые позволяют отказаться от установки насосов в каждой отдельной скважине.
В отдельных случаях необходимое снижение уровня подземных вод на подтапливаемой территории может быть осуществлено самоизливающимися дренажными скважинами. Отвод воды из группы или ряда таких скважин целесообразно осуществлять посредством устройства глухого коллектора, в который поступает вода из каждой самоизливающейся скважины, а затем отводится в сборный водоприемник, откуда откачивается насосами.
При этом над устьем каждой скважины устраивается смотровой колодец.
Вертикальные дрены устраивают в слабых водонасыщенных грунтах для ускорения консолидации основания за счет сокращения пути фильтрации воды, отжимаемой из слабой толщи (рис. 11.4).
Вертикальные дрены эффективны в водонасыщенных органических и минеральных силыюсжимаемых грунтах при слое мощностью нс менее 4 м с коэффициентом фильтрации не менее 1 10 -4 м/сут.
Вертикальные дрены следует совмещать с временной пригрузкой, обеспечивающей необходимый гидравлический градиент и отжатис поровой воды из слабого слоя грунта.
Толщина пригрузочного слоя (при обеспеченной прочности основания) в этом случае определяется требованием создания напора поровой воды, величина которого по всей дренируемой толще в любой момент расчетного времени консолидации должна быть выше начального градиента фильтрации грунта, если грунт таковым обладает.
Формула расчета толщины пригрузочного слоя
Рис. 11.4.
где у гр, у в - плотность влажного грунта, используемого для пригрузки, и воды; d e - эффективный диаметр дрены; Я н - проектная высота насыпи, м; / 0 - начальный градиент фильтрации грунта с учетом уплотнения под весом насыпи (при отсутствии лабораторных данных принимают для торфа равным 2; для ила и глины - 5).
Вертикальные дрены бывают круглые песчаные или плоские из гсосинтстических материалов.
Песчаные дрены выполняют в виде скважин, заполняемых песком. Диаметр скважин может быть принят от 40 до 60 см с учетом технических параметров применяемого оборудования. Для заполнения вертикальных дрен применяют песок с коэффициентом фильтрации не менее 6 м/сут. Эффективность вертикальных дрен значительно повышается при добавке к материалу заполнения 5-18% (по массе) извести. При применении вертикальных дрен насыпь или ее нижнюю часть толщиной не менее 50 см следует устраивать из дренирующих грунтов с коэффициентом фильтрации не менее 3 м/сут.
В зависимости от водопроницаемости грунта и требуемого срока завершения интенсивной части осадки расстояние между дренами может меняться (2-4,5 м).
При проектировании земляного полотна с вертикальными дренами необходимое расстояние между ними определяется расчетом, исходя из заданного срока достижения интенсивной части осадки слабого грунта.
Для расчета оснований с вертикальными дренами необходимы следующие исходные данные:
- результаты компрессионных и консолидационных испытаний грунтов слабой толщи;
- расчетная мощность слабого слоя;
- расчетные величины нагрузки и конечной осадки слабой толщи.
Требуемая степень консолидации слабого основания и срок ее достижения задаются с учетом капитальности дорожной одежды и установленного проектом организации строительства срока окончания отсыпки земляного полотна.
Для расчета основания с вертикальными дренами предварительно назначается расстояние между дренами. Далее проверяется правильность этого назначения. Степень консолидации основания с вертикальными дренами определяют по формуле
где U B - степень консолидации основания при вертикальной фильтрации воды из основания; U r - то же при горизонтальной фильтрации воды (к дренам).
Величины U B и ^устанавливают по графикам (рис. 11.5).
Величину фактора времени, необходимую для определения /7 В, рассчитывают по формуле
где С в - коэффициент консолидации при вертикальной фильтрации; Яф - расчетный путь вертикальной фильтрации воды; Г тр - требуемый срок консолидации.
Фактор времени, необходимый для определения U r , определяют по формуле
где С г - коэффициент консолидации грунта при горизонтальной фильтрации; / - расстояние между дренами.
0,01 0,02 0,03 0,06 0,08 0,1 0,2 0,3 0,6 0,8 1
Фактор времени Т г
Рис. 11.5. Графики для определения степени консолидации грунта основания с вертикальными дренами:
а - при вертикальной фильтрации; б - при горизонтальной фильтрации (я = l/d, где / - расстояние между дренами, d - диаметр дрен)
Если при назначенном расстоянии между дренами не может быть достигнуто требуемое сокращение срока консолидации, то шаг дрен уменьшают и расчет повторяют.
Плоские ленточные дрены - это полосы из геотекстиля с пластмассовым сердечником внутри шириной 10 см. Рассчитывают плоские дрены по приведенной выше методике. Шаг между дренами принимают но расчету в зависимости от свойств слабого грунта и требуемого времени консолидации в пределах 1-2 м.