Дренажная система

В этой главе РГР студенту предлагается согласно данных задания и последующего обустройства участка запроектировать простейшие элементы дренажной системы (с использованием пластмассовых дрен) и системы орошения.

Среди мероприятий по преобразованию участка одно из главных мест занимает устройство дренажа. Особенно он необходим для участков с глинистыми и суглинистыми почвами. Цель устройства дренажа - собрать избыток грунтовых и поверхностных вод и отвести их за преде­лы участка, для регулирования водно-воздушного режима в поверхностном слое почвы, что необходимо для нормального роста и развития ра­стений.

Дренажная система - это комплекс инженерных сооруже­ний, состоящий из регулирую­щей, проводящей, ограждающей сети, водоприем­ника, ко­торые располагаются на осушаемой территории.

Регулирующая сеть – это система открытого и закры­того дренажа (вертикального и горизонтального), по которому вода поступает с осушаемой территории в проводящую сеть.

Проводящая сеть - это система открытых каналов и закрытых коллекторов, по которым вода поступает с осу­шаемой территории в водоприемник.

Ограждающая сеть – это система открытых каналов и закрытых коллекторов перехватывающих поверхностные и грунтовые воды, по­ступающие с расположенных выше соседних территорий.

Водоприемник – это место (река, ручей, овраг и т.п.), куда поступает вода со всей осушаемой территории.

Прежде чем начать работы по устройству дренажа, необходимо ознакомиться с генпланом, определить на нем место расположения осушаемого участка, дорог, оврагов, прудов и т.д.

Устройство дренажа особенно важно на следующих элементах участка: территория около дома (клумбы, дорожки, площадки); садовые дорожки и площадки; территория вокруг беседок и других строений; территория вокруг водоемов; цветники и альпийские горки; газон; спортивные площадки; территория вокруг заборов (имеющих ленточный фундамент); детские и автомобильные площадки.

Дренажную систему распо­лагают не ближе чем 0,5 м от за­бора и 1 м от отмостки дома. Дрены располагают на расстоянии 0,8 м от наружной стороны подошвы фундамента и чуть выше уровня грунтовых вод. В каждом конкретном случае глубина и величина приближения дренажа к постройке определяются особо.

Для предохранения от зарастания корнями растений коллекто­ры и дрены укладывают на определенном расстоянии от древесно-кустарниковой растительности: фруктовые деревья — 7 – 10 м; малина, крыжовник — 10 м; смородина, шиповник, акация, боярышник— 15 м; лиственные деревья — 20 м; хвойные деревья — 30 м.

Проектируя дренажную систему желательно иметь вертикальную планировку, которая позволяет правильно установить рельеф и направление стока. Желательно располагать отвод избыточных грунтовых, ливневых и талых вод в пониженной части участка. При составлении проекта дренажа участка необходимо учитывать ряд параметров:

1) уклон и диаметр дрен;

2) расстояние между дренами;

3) глубину залегания дрен;

4) плановое расположение дрен;

5) устройство устьевой части, смотровых колодцев и др.

В РГР студенту необходимо представить эскиз дренажной сети обустраиваемого участка (приложение А9 и А10).

Дренаж может быть открытым (дренажные каналы), закрытым (с использованием дренажных труб) или засыпным (гравийным, кирпичным, бутовым). Для дополнительного сбора воды из дренажной системы строят дренажные колодцы.

Дренажный (водоприемный) колодец - это пункт технического обслуживания (через который дренаж можно прочистить), который располагается в самой низкой точке рельефа с учетом топографии участка и служит для отвода влаги (приложение А11). Бывают ситуации, когда участок расположен в низине или на склоне, а во­доприемник находится выше осу­шаемой территории. В этом случае также делают дренажный колодец, в который устанавливают дренажный насос для автоматического выкачивания собирающейся воды в водоприемник.

Необходимо проектировать дренажный колодец на каждом втором изгибе трубы, так чтобы через него можно было обслуживать как подводящий, так и отводящий участки труб. Дренажный колодец чаще всего изготавливается из железобетонных колец (диаметром от 0,4 до 1 м), шириной 1 м и глубиной не менее 2 м. В особых случаях вода из дренажного колодца может забираться и для полива.

Возможен другой вариант отвода влаги с участка – с помощью поглотительного колодца, в котором вместо бетонного дна делают послойную засыпку из щебня и песка. Через эту засыпку вода уходит в нижние грунтовые слои. Глубина такого колодца может достигать 3-5 м, и чем менее водопроницаем грунт, тем глубже должен быть колодец и толще засыпка.

Важными элементами дренажной системы являются поворотные колодцы, которые располагаются в местах поворота труб на угол в 90º и менее и задают направления стекающей воде. Как правило, поворотные колодцы изготовлены из ПВХ и имеют диаметр более 30 см и высоту от 1,25 до 3 м.

Чтобы люки дренажных колодцев не портили внешний вид участка, их можно прикрыть декоративными предметами: цветочными вазами, скамейками, скульптурой и т. п. Другой способ - засыпать люки небольшим слоем земли, предварительно накрыв их пленкой. Далее это место засевается газонной травой.

Независимо от состояния участка обязательно иметь по периметру ограждающую сеть в виде открытых дренажных каналов шириной 0,4–0,5 м и глубиной 0,6–1,5 м. Стенки каналов скашивают под углом 30°. Обычно вода из них отводится в канализацию или водоприемник. Открытые дренажные каналы могут иметь различную глубину ­в зависимости от рельефа. На ровном участке с минимальными уклонами глубина канала составляет 1,5 м, на более рельефном - менее 1,5 м. Эти нормы применимы для всех типов по­чвы.

Дренаж сооружают из труб (трубопроводов), изготовленных из полимеров, асбестоцемента, глины, бетона и др. Отвод воды осуществляется обычно через отверстия, капилляры в стенке трубы или же через зазоры между трубами. Дренажные трубы необходимо обмотать фильтрующим материалом (геотекстилем) для защиты труб от попадания глинистых частиц (заиления). Кроме геотекстиля используют объемные дренаж­ные фильтры. Их изготавливают из отходов текстильного производства, соломы злаковых, волокнистого торфа, волокон кокосового ореха и других материалов. Объемные фильтры не только защищают пластмассовую дрену от заиле­ния, но улучшают и усиливают приточность воды. Фильтры из органических материалов перспек­тивны еще и потому, что они длительно не снижают своей водо­проницаемости в условиях интенсивного заиления благодаря способности к авторегенерации (восстановле­нию пористости в результате постепенного разложения материа­ла фильтра). Такие фильтры особенно эффективны на тяжелых глинистых и суглинистых почвах.

Значительно повысить эффективность дренажа можно с помощью дренажных плит (пенопластовых окон), которые укладываются над дренажным трубопроводом и направляют в дренаж воду, даже когда земля вокруг еще скована льдом.

Чаще всего используется закрытый горизонтальный дренаж, состоящий из траншей, на дне ко­торых располагаются дрены (дренажные трубы) или любой проводящий воду материал (щебень, битый кирпич, хворост, жерди) засыпан­ные сверху землей.

Дренажная система с применением дренажных труб является наиболее эффективной при проведении осушительных мелиоративных мероприятий. Дренаж, созданный только из щебня, битого кирпича, жердей, будет хорошо отводить воду лишь в течение 5-7 лет, а после потребует ремонта или полной замены. При правильной эксплуатации дренажная система из труб будет служить до 50 лет. Это возможно лишь при соблюдении некоторых условий:

1) после того, как проложены трубы, тяжелой технике по участку ездить нельзя. В случае крайней необходимости лучше построить временную дорогу;

2) если верхний слой почвы уплотнен колесами автомашин, то следует провести глубокое рыхление, чтобы придать почве необходимую степень рыхлости и водопроницаемости, иначе дренажная система не будет работать;

3) раз в 2-3 года дренаж­ные трубы желательно промывать в целях предупреждения их заиления и закупорки отверстий гидроокисью железа. Для этого к открытому краю коллектора (тому, что впадает в водоприемник) подсоединяют водопроводный шланг и стру­ей воды под напором промывают дренажную систему.

Строительство дренажа начинается с водоприемника. После того, как будет сделан водоприемник, прокладывают траншею под закрытый коллектор, по которому вода будет поступать из дрен. Коллектор нужно располагать ниже дрены, что­бы вода самотеком шла из дрен в кол­лектор, а из коллектора в водопри­емник. Важным условием при устройстве является соблюдение равных и регулярных уклонов. Канавки для дренажа должны быть выкопаны по уровню, дно их необходимо тщательно выровнять, согласно заданному уклону и хорошо уплотнить. Стыковка дренажных трубопроводов осуществляется с помощью надвижных муфт и тройников, не требующих дополнительных резиновых уплотнений. Затем выкапывают траншеи для дрен.

Для закрытого дренажа прокладывают траншею, обычно глубиной 0,7 – 1,0 м, шириной 0,4 м (приложение А11). Ее выкапывают с уклоном в сторону дренажного колодца или в сторону естественного водотока. Наполовину траншею заполняют щебнем и выполняют послойную засыпку водопроницаемыми материалами (щебень и песок). На дно дренажной траншеи насыпают слой щебня 5 см, затем на щебень под определенным уклоном укладывают трубы, которые обсыпают щебнем или гравием слоем 30-40 см (чем менее водонепроницаем окружающий грунт, тем толще засыпка). Лучше всего брать щебень с размером зерен не более 10-40 мм. Щебень используют чистый, промытый, нельзя брать известковый щебень. Далее можно насыпать крупнозернистый песок слоем 10-30 см, а поверх песка укладывается плодородный грунт (слой дерна).

Диаметр дрены 5-10 см, а коллекто­ра, в случае если он собирает воду от большого количества дрен на боль­шом пространстве - 9-10 см. На небольших участках (менее 0,5 га) диаметры коллектора и дрен могут быть одинаковыми.

В производственных условиях размеры труб для коллекторов определяют на основе гидрав­лического расчета, который выполняют для следующих створов: в устье, в местах изменения уклонов, в местах впадения коллекторов и колодцев-поглотителей.

Расход коллекторов (Q, л/с) определяют по формуле:

где q — модуль дренажного стока, л/с/га;

F — площадь водосбора коллектора выше рассматриваемого створа, га,

Модуль дренажного стока определяют через расчетный (по уравнению водного баланса) приток воды к дрене по формуле:

где n — коэффициент, равный 1;

q_П — средний за расчетный период притока воды к дрене, м/сут.

При отсутствии материалов балансовых исследований дренаж­ный модуль стока для различных грунтов ориентировочно (без учета поверхностного стока) следующий: глины, суглинки тяжелые и средние — 0,4 — 0,5; суглинки легкие, супеси — 0,6; пески, торфя­ники низинные — 0,7 — 0,8.

Гидравлический расчет коллекторов проводят по участкам, от­личающимся расходом воды настолько, что это влияет на диаметр труб. Скорости течения воды в коллекторах должны быть в пределах 0,3—1,5 м/с, а минимальные значения уклонов — 0,0015— 0,002.

Дре­нажная система должна иметь уклон 0,002-0,005 для труб диаметром до 100 мм, а для труб с большим диаметром уклон делается больше. В зависимости от типа грунта и диаметра труб уклоны пласт­массовых дрен изменяются. При известном уклоне коллектора по трассе и расходе в рас­четном сечении определяют необходимый диаметр труб (приложение А11).

Для обеспечения (по возможности) двустороннего ввода дрен в коллекторы последние прокладывают по понижениям местности в направлении ее наибольшего уклона. Коллекторы должны быть прямолинейны в плане и иметь ми­нимальное число поворотов (внутренние углы не менее 110°). Они не должны пересекать засыпанные старые каналы, староречья, за­падины с глубокой (более 1,5 м) залежью торфа и участки с плы­вунами и сапропелями.

Минимальная глубина заложения дрен в песке, супеси — 1 м; в глине, суглинке, торфе (после осадки) —1,1-1,2 м. Допускается умень­шение глубины дрен в отдельных микропонижениях (до 0,8 м — в минеральных грунтах и до 1 м — в торфах). Глубина закрытых коллекторов проектируется не меньше 0,8 м. Разница глубины между дренами и коллекторами старших порядков составляет 0,1-0,2 м (например: глубина дрены 1,2 м, коллектора – 1,4 м).

В целях исключения отрицательного воздействия осушаемого участка на окружающую среду в РГР необходимо принимать глубину дрен не более 1,4 м, коллектора (собиратель) – 1,7 м, нагорных каналов – 1,3 м, ловчих дрен – 2 м, магистрального коллектора – 2,2 м.

Длина дрен зависит от уклонов и диаметров. Максимальная длина отдельных пластмассовых дрен при уклонах 0,003 может составлять 200 м; при уклонах 0,005 — 250 м; при уклонах 0,01 — 300 м (устройство дрен длиной менее 50 м не рекомен­дуется). При увеличении диаметров дрен до 75—100 мм их длина может быть 400 м. Длина закрытых коллекторов — 150—200 м.

Расстояние между дренами определяют после установления для данных условий их расчетной глубины (глу­бина заложения и расстояния между дренами взаимообуслов­лены). На величину междренного расстояния влияют: уклон поверхности, ин­тенсивности осадков, фильтрационная способность грунтов, их слоистость, коэффициент водоотдачи, интенсивность пи­тания грунтовых вод и необходимое понижение их уровней, тип грунта (приложение А12).

В РГР расстояния между дренами определяется фильтрационным расчетом, который проводится для однородных грунтов при атмосферном и грунтовом водном питании (СНиП 2.06.03-85) по формуле:

Ad = ,

где Ad – расстояние между дренами, м;

Lf – общие фильтрационные сопротивления по степени и характеру вскрытия пласта, м;

H – расчетный напор, м;

Т – проводимость пласта, м²/сут.;

q – интенсивность инфильтрационного питания (средний за расчетный период приток к дренам), м/сут. (в РГР для песчаного грунта – 0,006, легких суглинков и супеси – 0,005, тяжелых и средних суглинков – 0,004, глинистого грунта – 0,003).

Расчетный напор определяют по формуле:

H = Dd – 0,6J,

где Dd – глубина до оси дрены (глубина заложения дрены), м;

J – норма осушения, м (принимается на уровне средней под различные культуры – 0,8 м).

Проводимость пласта определяют по формуле:

T = Kf (Ho+Hd),

где Kf – коэффициент фильтрации грунта, м/сут. (в РГР для песчаного грунта – 1,6, легких суглинков и супеси – 1, тяжелых и средних суглинков – 0,38, глинистого грунта – 0,09);

Нd – расстояние от оси дрены до водоупора, м (глубина водоупора дается по заданию);

Ho – коэффициент равный 0,5Н, м;

Общие фильтрационные сопротивления определяются по формуле:

Lf = ,

где Нd – расстояние от оси дрены до водоупора, м (глубина водоупора дается по заданию);

D – наружный диаметр дрены, м;

Ho – коэффициент равный 0,5Н, м;

Li – фильтрационные сопротивления по характеру вскрытия пласта в зависимости от конструкции дрен, м (для гофрированных пластмассовых труб с оберткой рулонными защитными и фильтрующими материалами – 0,5).

В РГР студенту необходимо учитывать заохривание дрен железистыми соединениями, для чего он пользуется данными приложения А13и уменьшает расстояние между дренами на 10 % при λ = 5-8 мг/л и на 15% при λ > 8 мг/л (содержание закисного железа в почвенно-грунтовой воде дается по заданию).

Вычисление объемов выемки грунта под траншеи приводится студентом в ведомости установленного образца (таблица 1).

Таблица 1 – Сводная ведомость объемов земляных работ

При проектировании студент может ориентироваться на приведенные ландшафтными фирмами варианты устройства дренажа: «эконом», «стандарт» и «эксклюзив». Профили траншей и цена за 1 пог. м для каждого варианта представлены вприложение А14.

Цена дается за погонный метр дренажной системы – это общепринятый стандарт ценообразования на глубинный дренаж. Рассчитать цену дренажа можно при известной площади участка требующего осушение, так 1 пог. м дренажа глубиной 1 м собирает воду в среднем с 8 м² поверхности участка на суглинистых и глинистых почвах, на супесчаных и песчаных почвах – с 12 - 15 м².

Приблизительная смета без учета некоторых данных проекта дренажа может быть построена на данном примере. Участок 2400 м² на суглинистых почвах, полностью проектируется под осушение. Такой площади соответствует (2400/8) – 300 пог. м дренажа (более точно протяженность дренажа студентом определяется по чертежу). Выбрав вариант «эконом» как оптимальный (по соотношению цена и качество) получаем 5700 у.е. При условии, что собранную воду некуда отводить, включаем в смету устройство дренажного колодца с автоматическим насосом 550 у.е. и получаем в итоге сумму 6250 у.е. (данная цена окончательная и включает в себя проектирование, все материалы, все работы и прочие накладные и орграсходы).

Со временем в результате заиливания снижается пропускная способность дренажа, поэтому его через каждые 20 - 25 лет нужно промывать. Вариант «эксклюзив» (студент может использовать для коллекторов) включает необходимые элементы промывочной системы, геотекстиль защищающий весь слой щебня, жесткие двухслойные дренажные трубы производства Германии с внутренней гладкой поверхностью. Дренаж можно сооружать в любое время года (зимой затраты будут в полтора-два раза больше).

Любые осадки, которые собираются с крыш домов посредством водосливных труб, оказывают негативное влияние на состояние почвы рядом с домом и на его фундамент. Поэтому, студенту рекомендуется запроектировать вокруг зданий кольцевой дренаж и ливневую канализацию (если не проектируется водозаборник для талых и дождевых вод).

Ливневая канализация - осуществляет сбор поверхностных вод с кровель зданий (при помощи водоприемных воронок) и дорожных, газонных покрытий (при помощи водоприемных лотков). Минимальная глубина заложения коллекторов принимается ниже глубины промерзания грунта. Если же по каким-то причинам это невозможно, в качестве укрывающего теплоизолирующего слоя используется утеплитель (пенополистирол), что позволяет сократить глубину траншей до 70 см от поверхности земли.

В ливневой канализации (приложение А14) дождевые потоки по плоским уклонам поверхности собираются в линию каналов. Очистку собранной воды перед выпуском ее в канализацию выполняют пескоуловители. Элементом точечного водосбора являются дождеприемники, которые служат для сбора воды из водосточных труб, поливочных кранов и т.п. Они оснащены фильтрами для очистки стоков от мусора и встроенными сифонами. Трубы подбираются в зависимости от предполагаемого количества ливневых вод.

Подземная часть фундамента испытывает постоянное давление воды, особенно весной и осенью, а также в периоды затяжных дождей. Без дренажа срок службы фундамента не превысит 50 лет. На глинистых и суглинистых почвах дренаж располагается не в соприкосновении со стеной, а на расстоянии 1,5 - 3 м от нее. В этом случае нет опасности подвижки фундамента при раскапывании траншей, а между дренажной траншеей и домом будет слой глины, дополнительно препятствующий проникновению воды к стене (глиняный замок). Кроме того, если заложить дрены на 0,5 м глубже нижней точки фундамента, то это позволит надежно защитить фундамент и избавиться от влаги в подвальном помещении.

При проектировании студент может ориентироваться на приведенные ландшафтными фирмами варианты устройства дренажа фундамента: «эконом», «стандарт» и «эксклюзив». Для них представлены профили траншей и цена за 1 пог. метр (приложение А15).

Приблизительная смета дренажа фундамента может быть составлена студентом, исходя из ниже приведенного примера. Допустим, что глубина фундамента 2,2 м и периметр дома с учетом отступов 80 м. С учетом особенностей местности выбираем вариант «стандарт». Тогда сумма за 80 пог. м. составляет 3600 у.е. К этой сумме следует добавить 3 смотровых колодца по 200 у.е. каждый глубиной 3 м, что составит 600 у.е. При условии, что собранную воду некуда отводить, включаем в смету устройство колодца с автоматическим насосом 550 у.е. При условии, что ливневые водостоки совмещаются с глубинным дренажем, включаем в смету устройство отводящих ловушек по 1 шт. от каждой водосточной трубы (допустим, 5 шт.) по цене 40 у.е./шт. и получаем сумму 200 у.е. Получаем итоговую сумму за весь глубинный дренаж фундамента и ливневую систему отвода дождевой воды 4950 у.е.

В ходе проектирования студент для уточнения общей сметы проекта дренажа может воспользоваться данными приложения А16.