Классификация дренажей
Дренажи классифицируют по ряду признаков: назначению и характеру использования дренажных устройств, конструктивным особенностям, степени гидродинамического несовершенства, расположению в плане [16].
Назначение дренажей.
По целевому назначению дренажи делят на городские и промышленные, строительные, сельскохозяйственные, противооползневые, горные, дорожные и аэродромные. Особую группу составляют дренажи специального назначения, в частности, системы водопонижения рекультивируемых территорий с наличием загрязнений (свалок, захоронений вредных отходов и т. д.). В последующем, по мере расширения сферы строительной деятельности и технических возможностей, перечень, отражающий назначение дренажей, будет дополняться и уточняться.
Городской дренаж, как и промышленный, предназначен для длительного использования на застраиваемых и застроенных территориях населенных мест. С его помощью производят искусственное понижение УГВ на территории застройки. С учетом рассматриваемых вопросов последующая классификация дается применительно к городским дренажам, используемым для локальной защиты жилых и общественных зданий, а также участков застройки.
Выделяют дренажи подземных частей новых и существующих зданий, приямков; дорожные; подземных каналов; откосные и застенные; засыпаемых речек, ручьев, логов; участков озеленения.
Конструктивные особенности дренажей.
Классическое дренажное устройство состоит из двух основных элементов: водоприемного и водоотводящего. Первый осуществляет прием воды из водоносного пласта, второй обеспечивает ее отведение за пределы защищаемого объекта. В современных конструкциях эти функции могут совмещаться в одном элементе.
В зависимости от способа отбора воды и влаги из грунта выделяют дренажи гравитационного действия и специальный. В дренаж гравитационного действия грунтовые воды поступают под действием силы тяжести, в том числе и при искусственно создаваемом гравитационном поле, например в вакуумных дренажах. В специальных дренажах используют принудительную систему отбора воды. Наиболее широкое распространение в гражданском строительстве получили самотечные дренажи гравитационного действия, где поступление грунтовой воды происходит под действием силы тяжести.
В зависимости от конструкции устройств, служащих для приема воды, традиционно выделяют горизонтальный, вертикальный и комбинированный дренажи.
Горизонтальные дренажи гравитационного действия с самотечным удалением воды наиболее распространены в городском строительстве. Простейший тип — беструбчатый дренаж — лоток или заполненная фильтрующим материалом канавка или траншея. Мелкозаложенный беструбчатый дренаж регулирует поверхностный и подземный стоки, поэтому его следует рассматривать как полифункциональное дренажно-ливневое устройство.
Трубчатая конструкция представляет собой перфорированную трубу с фильтрующим устройством из песчано-гравийных слоев (рис. 1.5, а) и геотекстильных материалов или композиций (рис. 1.5, б, в).
Рис. 1.5. Схемы конструкции дренажа горизонтального типа:
а — пристенный трубчатый с грунтовым фильтром; б — то же в сочетании с геокомпозитом; в — пластовый из высокопрочного геокомпозита; г — пластовый из песчано-гравийных материалов; д — вентиляционный пластовый; е — галерейный; 1 — дренажная труба; 2 — песчано-гравийный фильтр; 3 — заглубленная часть здания; 4 — геокомпозит; 5 — песчаная подготовка; 6 — высокопрочный геокомпозит; 7 — водоприемные щели; 8 — щебеночный фильтр; 9 — коллектор дренажный нагнетательный;
10 — то же выпускной; 11 — лоток
Геотекстилъными материалами, или геотекстилями называют водопроницаемые синтетические полотна (фильтрующие мембраны или геофильтры), которые используют самостоятельно и в различных геокомпозициях [11,25]. Геокомпозиты — комбинации из геофильтра и полимерных проводников влаги в виде пористых, перфорированных или профилированных плит и полотен. Применение таких материалов позволяет улучшить качество строительства и условия эксплуатации дренажных устройств и защищаемых объектов, а также сократить объемы песчано-гравийных материалов.
В конструкции дренажей геотекстильные мембраны используют в качестве разделяющих элементов и антикольматационных фильтров, решая с их помощью задачу защиты от суффозии. С помощью геокомпозитов решают другую важную задачу — эффективное удаление грунтовой воды и влаги от защищаемого объекта. Область их применения достаточно широка: все типы дренажных конструкций, необходимых для регулирования поверхностного и подземного стоков. Определенные типы геокомпозитов представляют собой самостоятельную дренажную конструкцию, способную как принимать, так и транспортировать грунтовые воды.
В горизонтальном трубчатом прифундаментном дренаже геокомпозиты укладывают по вертикальной плоскости подземной части сооружения (см. рис. 1.5, б). При необходимости их также используют в системах водозащиты внутри заглубленного сооружения.
Высокопрочные геокомпозиции, уложенные в горизонтальной плоскости защищаемого объекта, являются современным вариантом пла- зз стового дренажа спортивных сооружений, садов на крышах, а также заглубленных частей зданий (рис. 1.5, в).
Традиционный пластовый дренаж устраивают из крупнопористых материалов, чаще из песчано-гравийных слоев с геотекстильными прослойками или без них. Грунтовые слои отсыпают в основание защищаемого объекта с уклоном к трубчатой дрене, устроенной под ним или по внешнему контуру (рис. 1.5, г). Пластовый дренаж может иметь сплошную фильтрационную постель или в виде отдельных линейных призм. В первом случае его называют площадным, во втором — линейным.
Линейную пластовую конструкцию используют для защиты от подземных вод инженерных сетей, дорог, подпорных и береговых стен. Дренаж каналов сетей и дорог называют сопутствующим, подпорных и береговых стен — застенным.
Линейный пластовый дренаж применяют также для защиты подземных частей зданий, прорезая под сооружением одновременно несколько щебеночных призм.
Вентиляционный дренаж регулирует влажностный режим защищаемых сооружений за счет продувки воздуха через элементы дренажной конструкции (дренажные ровики, трубы, пористые и перфорированные настенные геокомпозиты). Воздух продувают при естественной температуре или подогретый. Разновидностью вентиляционного дренажа является пневмонагнетательный (рис. 1.5, д). Осушающее действие такого устройства основано на эффекте движения влаги к стенке дрены и испарении. Далее уже в виде пара она уносится воздухом, продуваемым по дрене. Область применения вентиляционного дренажа традиционно связана с регулированием теплового и влажностного режимов грунтов оснований зданий и сооружений. Хорошо известна «народная» технология проветривания подполья зданий в летнее время, которая обеспечивала испарение влаги из пор грунта и исключала ее накопление под зданием.
Лучевым дренажом называют горизонтальные трубчатые дрены, выполненные методом бурения из скважины большого диаметра или специальных шахтных колодцев. Последующее удаление воды, поступившей из горизонтальных дрен, производится откачкой. Лучевой дренаж отличается высокой водозахватывающей способностью, поскольку от скважины (или колодца) отходят несколько горизонтальных дрен или даже несколько ярусов таких дрен. Его устраивают в сложных гидрогеологических условиях и в тех случаях, когда проходка открытых горизонтальных дрен невозможна, например, при реконструкции зданий или строительстве новых по соседству с эксплуатируемыми объектами. Непременным требованием является безопасность существующих сооружений и инженерной инфраструктуры территории.
Галерейный дренаж представляет собой водосборные сооружения с большой водозахватывающей способностью. Он имеет значительные размеры коллектора, обычно проходного сечения, высотой 1,6—
1,8 м и полупроходного — высотой от 0,9 до 1,2 м. В зависимости от вида материала, из которого устроена галерея, прием воды осуществляется через дренажные щели или вставки из пористых фильтрующих материалов (полимербетона, пористого бетона и пр.). Обычно щелевые отверстия используют в кирпичных и каменных галереях, не заделывая швы кладки (рис. 1.5, е). Если она выполнена из монолитного бетона или железобетонных блоков, то в боковых стенках делают фильтрующие вставки. Собранные дренажные воды удаляются по лотку, устроенному по дну конструкции. Галерейный дренаж применяют для ответственных сооружений, при необходимости отвода большого притока грунтовой воды и в таких условиях, когда требуется надзор при эксплуатации коллектора.
Исторический опыт строительства свидетельствует о применении таких систем в дворцовых ансамблях Санкт-Петербурга и его пригородов. Например, дренажный коллектор проходного сечения устроен по периметру Константиновского дворца в Стрельне, дренажный канал проходит под Приоратским дворцом в Гатчине. Дренажный коллектор, выполненный по проекту архитектора Ринальди, проложен вблизи Китайского дворца в Петергофе.
Вертикальные дренажи в классическом варианте — водопонизи- телъные трубчатые колодцы, фильтрующая часть которых значительно заглублена в водоносный пласт. Удаление воды из дренажа происходит за счет принудительной откачки. В определенных гидрогеологических условиях используют самоизливающиеся, а также поглощающие трубчатые колодцы с удалением воды в нижележащие водопроницаемые слои.
Трубчатый вертикальный дренаж обеспечивает значительное понижение УГВ, поэтому при локальной защите жилых и общественных зданий с традиционным заглублением подвальных помещений до 4 м его обычно не применяют. Это объясняется не только экономическими соображениями, но и новыми техническими возможностями, которые позволяют решить задачу защиты таких объектов с помощью современных конструкций горизонтального дренажа.
Беструбчатые конструкции вертикального дренажа — щебеночные колодцы, выполненные в вертикальной траншее или из железобетонных колец без дна. Они работают за счет поглощения или временно аккумулируют подземный сток.
Сочетание горизонтального и вертикального дренажей — комбинированный дренаж. В комбинированном трубчатом дренаже вертикальные элементы работают как совершенные системы, а горизонтальные — как несовершенные. В беструбчатом дренаже такая закономерность не прослеживается.
Следует особо выделить конструкцию вертикальных шпор — про- тивофилътрационных завес, которые преграждают путь потоку грунтовых вод. Их устраивают в сложных гидрогеологических условиях и при высоком УГВ для водозащиты в период строительства и/или эксплуатации объекта. Шпоры выполняют из твердеющих и нетвердеющих заполнителей (глин и глиногрунтовых смесей), пород естественного залегания с добавками из глинистых суспензий, геосинтетических и других материалов. Завесы выполняют различными способами (инъ- ектирование, «стена в грунте»), используют струйные технологии и др. Выбор конструкции и материала, а также параметров завес и способов их устройства осуществляют с учетом конкретных условий строительства и эксплуатации объекта [14,24].
