Кольцевой дренаж

Для защиты от подтопления подземными водами подвальных помещений и подполий зданий, стоящих на водоносных песчаных грунтах, прокладываются кольцевые дренажи. При явно выраженном одностороннем притоке подземных вод такой дренаж может быть устроен в виде незамкнутого кольца по типу головного. Гидрогеологический расчет при проектировании кольцевых горизонтальных дренажей позволяет установить сниженный уровень подземных вод как внутри защищаемого контура, так и вне его, а также определить величину притока воды в дренаж. Известно, что сниженный уровень подземных вод в центре дренажного контура устанавливается несколько выше уровня воды в трубах (рис. 29), следовательно, для получения необходимого дренирующего эффекта трубы в горизонтальном кольцевом дренаже несовершенного типа должны укладываться ниже основания защищаемого сооружения [31]. Если защищаемое сооружение располагается от непонижеиного уровня подземных вод на величину h_n, а высота капиллярного поднятия воды в грунте составляет h_K, то для защиты от подтопления сооружения в центре дренажного контура должно быть соблюдено следующее условие:

S_ц≥h_n + h_K(1), где S_ц— понижение уровня подземных вод в центре контура.

Если условие (1) не выполняется, то действие только одного кольцевого дренажа не эффективно, и тогда возникает вопрос о дополнительной защите здания. Такой защитой могут быть пластовый дренаж, дополнительные дрены - «шпоры» и т.п.

Рис. 29. Схема кольцевого дренажа

Как правило, кольцевые дренажи закладывают в обводненных песчаных грунтах, так как в этих грунтах радиус действия дренажа (или радиус депрессии) распространяется на значительное расстояние, в то время как в глинистых грунтах это расстояние очень мало (рис. 30).

Рис. 30. Радиус действия дренажей, заложенных в глиняных и песчаных грунтах

Ориентировочно допустимое расстояние от оси дренажа до стены здания может быть определено по формуле [31]:

b— уширение фундамента (в м) ;

В — ширина дренажной траншеи (в м);

Н — глубина заложения дрены (в м) до непониженного уровня грунтовых вод;

h— глубина заложения фундамента (в м) до уровня дневной поверхности;

ϕ— угол внутреннего трения грунта.

Если заложить кольцевой дренаж ниже фундамента здания, не выполнив данного расчета, может произойти вынос частиц грунта из-под фундамента, что приведет к ухудшению устойчивости грунтов основания сооружения и последующей неравномерной осадке здания.

Для выбора типа дренажа, его расчета и построения депрессионной кривой необходимы материалы инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий. Расчеты дренажей рассматриваются в специальной литературе. Здесь можно лишь отметить, что расчетом устанавливают необходимую глубину заложения дрен, дебит дренажа и депрессионные кривые на дренируемой территории.

Пристенные дренажи

Пристенные дренажи применяют при необходимости защиты от подтопления грунтовыми водами как подземных, так и наземных частей здания. В отличие от кольцевых, пристенные дренажи устраивают в непосредственной близости от стен здания. Их прокладывают в глинистых и суглинистых грунтах, так как радиус действия дренажей в этих грунтах минимален (рис. 30). Пристенный дренаж отводит не только грунтовые воды, но и аварийные, поверхностные, а также воду с крыши, инфильтруюшуюся в грунт при отсутствии отмосток.

Рис. 30. Радиус действия дренажей, заложенных в глиняных и песчаных грунтах

Следует отметить, что дрены не могут извлечь из почвы всю имеющуюся в ней воду, они поглощают только ее избыток. Дренаж предупреждает перенасыщение грунта водой, пучение, сильное его высыхание и растрескивание. Плотные глинистые грунты сжимаются при высыхании, отчего в земле образуются заметные трещины. При первом же дожде глина набухает, трещины вновь закрываются, а грунт опять становится непроницаемым. Дренируемый грунт постоянно остается рыхлым, так как вода в нем не застаивается, а отводится трубами. Место, освободившееся из-под отведенной воды, занимает воздух, который рыхлит почву, обогащая ее кислородом и повышая среднюю температуру нижележащих слоев. Благодаря движению воздуха мелкие трещины сохраняются не только на поверхности земли, но и на глубине заложения труб. Дренированный грунт может вобрать в себя гораздо больше воды, чем грунт не осушаемый.

Таким образом, по прошествии двух-трех лет грунт, подвергшийся дренированию, приобретает новые свойства. Англичане, например, считают выгодным дренировать даже «сухие» поля — для воздухообмена в почве.

Пристенный дренаж состоит из перфорированных труб (с водоприемными отверстиями) и фильтрующей обсыпки. Дрены укладывают несколько выше фундамента во избежание выноса частиц грунта из-под подошвы фундамента. Для защиты отверстий в дренажных трубах от засорения предусматривается фильтрующая обсыпка труб.

Дренирующие обсыпки, в зависимости от состава дренируемых грунтов, могут быть однослойными или двухслойными. При прокладке дренажа в песках гравелистых, крупных и средней крупности делают однослойные обсыпки из так называемых сыпучих материалов — гравия и щебня.

Если дренаж сооружается в песках средней крупности или в мелких и пылеватых песках, супесях, глинистых грунтах, если водоносный плат имеет слоистое строение, устраиваются двухслойные обсыпки. Высота слоев должна быть не менее 15 см. Для внутреннего слоя дренирующих обсыпок применяют гравий или щебень изверженных горных пород (гранит, базальт, диабаз и т.п.), для внешнего — пески. Состав дренирующих обсыпок подбирается по специальным графикам, в зависимости от типа фильтра и состава дренируемых грунтов. От подбора фильтров зависит долговечность дренажей.

Фильтры подразделяются на типы в зависимости от положения контакта грунта и первого слоя фильтра.

Фильтр типа 1-а, б — контакт двух грунтов горизонтальный или наклонный; фильтрационный поток поступает в слои фильтра сверху вниз из мелкозернистого грунта в расположенный под ним крупнозернистый слой.

Фильтр типа 2-а, б — контакт двух грунтов горизонтальный или наклонный; фильтрационный поток поступает в слои фильтра снизу вверх из мелкозернистого грунта в расположенный над ним крупнозернистый слой.

Фильтр типа 3-а, б — контакт двух грунтов горизонтальный или наклонный, фильтрационный поток идет вдоль слоев. Если расчеты покажут, что пристенный дренаж полностью не обеспечивает заданную норму осушения, то под полом здания или подвала предусматривается устройство пластовых дренажей.