Author: Абрамов С.К.
Tags: строительство подземное строительство гидротехнические сооружения
Year: 1960
Text
ДРЕНАЖИ
В ПРОМЫШЛЕННОМ
И ГОРОДСКОМ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ
МОСКВА
19 6 0
Цена 7р. 50 коп.
с 1. I. 1961 г. Цена 75 коп.
С. К. АБРАМОВ
ПОДЗЕМНЫЕ
ДРЕНАЖИ
В ПРОМЫШЛЕННОМ
И ГОРОДСКОМ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ
I* Г"’’! * J Г * * * " Л t
С. К. АБРАМОВ
ПОДЗЕМНЫЕ
ДРЕНАЖИ
В ПРОМЫШЛЕННОМ
И ГОРОДСКОМ
СТРОИТ ЕЛЬСТВЕ
1
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ЛИТЕРАТУРЫ ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ, АРХИТЕКТУРЕ
И СТРОИТЕЛЬНЫМ МАТЕРИАЛАМ
Москва — 1960
Редактор инж В. Л. Карагодин
В книге рассматриваются вопросы естественного и искусст-
венного подтопления и заболачивания промышленных площадок
городских территорий, приводится общая характеристика спосо-
бов их защиты.
Основное ее содержание посвящено описанию конструкций
и систем подземных дренажей, применяемых в промышленном
и городском строительстве; методам их проектирования и расче-
та. Кроме того, в ней приводятся примеры уже построенных под-
земных дренажей и степень эффективности их работы.
Книга является практическим пособием по подземному дре-
нажу, применяемому в промышленном и городском строительстве,
и рассчитана на широкий круг специалистов строителей и гидро-
техников (инженеров и техников).
ПРЕДИСЛОВИЕ
Подземный дренаж в промышленно^м и городском строи-
тельстве находит широкое применение как при освоении новых
обводненных территорий под застройку, так и при реконструк-
ции старых.
Не менее важное значение имеют и многочисленные мелкие
дренажные сооружения, часто осуществляемые на территориях
действующих промышленных предприятий, городов и других
населенных пунктов, в связи с подъемом уровня подземных вод.
Как известно, эффективность любого подземного дренажа
зависит в значительной мере от того, насколько он правильно
запроектирован и рассчитан, а также в какой мере при его
осуществлении выдержаны условия нормальной работы дре-
нажа, заданные проектом и увязанные с местными гидрогеоло-
гическими и другими особенностями той или иной дренируе-
мой территории.
Проектированием и строительством подземных дренажей
занимаются многие инженеры и техники-строители, гидротех-
ники, работающие в нашей стране; при этом они испытывают
определенные трудности в своей работе главным образом из-за
отсутствия соответствующей литературы по данному вопросу.
Настоящая работа написана на основе большого опыта и
ряда исследований в области промышленного и городского
дренажа и призвана восполнить имеющийся в этом отношении
пробел.
В ней рассматриваются факторы естественного и искус-
ственного подтопления заболачивания промышленных площа-
док и городских территорий и приводится общая характеристи-
ка способов их защиты.
— 3 —
Основное внимание в работе уделено описанию конструкций
и систем подземных дренажей, применяемых в промышленном
и городском строительстве, методам их проектирования и рас-
чета. Кроме того, в ней приведены примеры эффективности уже
построенных подземных дренажей различного типа и назначе-
ния.
Работа написана в виде практического пособия по подзем-
ному дренажу и рассчитана на инженеров, техников-строителей
и гидротехников, работающих в области промышленного и го-
родского строительства.
Замечания, предложения, пожелания, которые неизбежно
могут возникнуть у читателей по данной работе, просим на-
правлять по адресу издательства: Москва К-12, Третьяковский
проезд, д. 1.
За все критические замечания, которые будут сделаны, ав-
тор заранее выражает свою признательность.
Глава I
ФАКТОРЫ ОБВОДНЕНИЯ ТЕРРИТОРИЙ
1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Факторы, определяющие обводнение территорий, весьма
разнообразны. Их можно разделить на две основные группы:
естественные и искусственные.
Влияние обводнения на гидрогеологические и инженерно-
геологические условия территорий сказывается различно, в за-
висимости от их природных особенностей и характера исполь-
зования.
На участках с плоским рельефом оно часто приводит к
подтоплению и даже заболачиванию промышленных площадок,
территорий городов и других населенных пунктов; на косогор-
ных участках с крутыми склонами—к образованию оползней.
Термин «подтопление» является условным, так как наличие
или отсутствие его определяется не только положением уровня
подземных вод на территории, но и характером ее использова-
ния. В пределах одной и той же территории отдельные ее уча-
стки с одинаковой глубиной залегания уровня подземных вод
могут считаться подтопляемыми или нет в зависимости от глу-
бины заложения подземных сооружений и городских коммуни-
каций, проходящих по ним.
В дальнейшем под подтопляемыми территориями будем
понимать такие участки, на которых уровень подземных вод
располагается (постоянно или временно) выше оснований под-
земных сооружений и коммуникаций.
Подтопляемыми могут оказаться не только территории, за-
нятые промышленными и гражданскими сооружениями, но так-
же и участки парков и садов в том случае, если уровень под-
_5 —
Рис. 1. Типы болот
а — верховое; б — низинное при его питании речными
водами; в — низинное при его питании атмосферны-
ми водами; г — низинное при его питании подземны-
ми водами; д — висячее; 1— вода; 2— торф; 3 — су-
песь; 4 — суглинок; 5 — песок; 6 — уровень подземных
земных вод на таких участках располагается выше, чем это до-
пустимо для нормального развития соответствующих зеленых
насаждений.
При залегании подземных вод вблизи дневной поверхности,
а в особенности при их выклинивании, возможно образование
болот, которое не всегда бывает связано с подземными водами
и зависит главным образом от условий их питания.
По условиям питания болота могут быть подразделены на
верховые, низинные, переходные и висячие.
Верховые болота приурочены к бессточным участкам водо-
раздельных пространств, питаются главным образом атмосфер-
ными осадками (рис. 1,а), содержат много органических остат-
ков и мало минеральных веществ. Растительный фон болот
обычно представлен сфагновым мхом и пушицей.
Низинные болота питаются водами рек и озер при их раз-
ливах (рис. 1,6), атмосферными осадками, стекающими со
склонов в пониже-
ния, расположенные
у их основания
<рис. 1,в), и частич-
но подземными во-
дами (рис. 1,а). Та-
кие болота получают
богатое минераль-
ное питание в виде
растворенных в во-
де солей и твер-
дых наносов. Низин-
ные болота покрыты
главным образом
травами (тростник,
осока, хвощ).
Переходные бо-
лота имеют смешан-
ное питание, т. е.
они питаются как
за счет вод подзем-
ных, так и атмо-
сферных.
Висячие боло-
та — это заболочен-
ные территории на
пологих склонах реч-
ных долин и овра-
гов на участках вы-
клинивая подземных
вод (рис. 1,6).
— 6 —
В строительной практике с осушением болот приходится
сталкиваться в тех случаях, когда других свободных территорий,
пригодных для нового строительства в данном районе, нет или
же, если необходимо улучшить условия жизни и эксплуатации
уже застроенных территорий.
В зависимости от местных особенностей режима подземных
вод в данном районе и от глубины заложения оснований подзем-
ных сооружений и коммуникаций последние могут оказаться под
постоянным или временным воздействием подземных вод. Посто-
янное воздействие этих вод будет иметь место при заложении
оснований подземных сооружений заведомо ниже наинизшего их
уровня. Временное же воздействие будет наблюдаться при зало-
жении оснований в зоне сезонных или годовых колебаний уров-
ня подземных вод.
Однако даже и .в том случае, если уровень этих вод распо-
лагается ниже оснований сооружений, последние могут подвер-
гаться временному или постоянному воздействию капиллярных
вод, вызывая повышенную влажность в их конструкциях и сы-
рость в подвальных помещениях.
Подземные сооружения промышленных предприятий, горо-
дов и поселков обычно располагаются на различных глубинах
и поэтому некоторые из них могут оказаться в зоне постоянного,
а другие — временного воздействия подземных вод.
Особенно больших размеров подтопление может достигать
под воздействием искусственных факторов — при подпоре под-
земных вод гидротехническими сооружениями, а также вслед-
ствие усиленного пополнения водоносного горизонта атмосфер-
ными водами при несоблюдении необходимых условий поверх-
ностного стока и при наличии утечек воды из водопроводно-
канализационных сооружений и водостоков.
Величина подтопления, получаемого в результате подпора
подземных вод гидротехническими сооружениями, может быть
заранее определена расчетом, и, следовательно, могут быть сво-
евременно приняты' меры защиты территории от подтопления.
Другое дело, когда причиной подтопления является недоучет
естественных колебаний уровня подземных вод (вследствие не-
изученности их режима) или неправильное ведение строитель-
ных работ и эксплуатации водных коммуникаций, приводящих к
резкому ухудшению этого режима и даже к обводнению ранее
«сухих» территорий. В этих случаях не всегда можно своевре-
менно установить опасность подтопления и принять меры к ее
предупреждению.
Известно немало примеров, когда территории, имевшие до
строительства относительно глубокое залегание уровня подзем-
ных вод, в дальнейшем оказались подтопленными вследствие
значительного повышения их уровня. При этом подтопление об-
наруживалось или во время строительства, или позднее, уже в
период эксплуатации.
— 7 —
Строительство на обводненных территориях затруднено,
так как связано с креплением траншей и котлованов, водоотли-
вом, искусственным водопонижением и т. п. В этих условиях
ухудшается и осложняется также работа внутрипостроечного
транспорта и строительных механизмов.
Подземные воды, обводняя уже застроенную площадку, ча-
сто приводят к переувлажнению грунтов основания сооружений,
а следовательно, и к ухудшению их устойчивости. При этом в
случае их агрессивности срок службы сооружений значительно
сокращается.
Подтопление заглубленных подвалов, туннелей и других со-
оружений нарушает их нормальную эксплуатацию. Эксплуата-
ция их также существенно ухудшается и в случае, когда эти
сооружения находятся в зоне капиллярного увлажнения.
На косогорных участках с крутыми склонами обводнение
слагающих их грунтов (или даже только переувлажнение
грунтов) часто приводит к возникновению или усилению ополз-
невых деформаций.
2. ЕСТЕСТВЕННЫЕ ФАКТОРЫ ПОДТОПЛЕНИЯ
Неблагоприятные гидрогеологические условия промышлен-
ных площадок и городских территорий, обусловливающие есте-
ственное их обводнение и подтопление, в основном определяют-
ся особенностями геологического строения и климатом района,
рельефом местности и степенью развития в районе гидрогра-
фической сети.
Геологическое строение. Геологическое строение района и
литологический состав пород существенно влияют на условия
залегания подземных вод и положение их уровня.
Близкое залегание к дневной поверхности водоупорных и
слабоводопроницаемых пород или же водонепроницаемых линз
благоприятствует образованию верховодки (в том числе подве-
шенных вод) или грунтовых вод (т. е. первого от поверхности
водоносного горизонта). В формировании этих вод, наиболее ча-
сто вызывающих подтопление промышленных площадок и го-
родских территорий, особенное значение имеет инфильтрация
ливневых и талых вод.
Примером подтопления территории верховодкой может служить один из
больших городов в Азиатской части Союза, где периодическое появление
верховодки чрезвычайно осложняло эксплуатацию городского подземного
хозяйства.
Верховодка на территории города распространена лишь в части его,
расположенной на второй надпойменной террасе (рис. 2), имеющей здесь
ширину до 3 км.
Подземное хозяйство (подвалы зданий, подземные коммуникации
и т. п.) ежегодно после снеготаяния подтопляется грунтовыми водами, ко-
торые местами так близко подходят к дневной поверхности, что образуют
заболоченности.
— 8 —
В многоводные годы подтопление наблюдается также и в осенний дожд-
шный период.
Интересно отметить, что в части города, расположенной на 1-й над-
пойменной террасе, верховодка отсутствует. Эта терраса сложена мощной
толщей чистых аллювиальных песков, легко транспортирующих просачиваю-
щиеся атмосферные осадки. Уровень грунтовых вод здесь располагается на
। лубнне 6—8 м ниже поверхности земли и не влияет на нормальную работу
подземного хозяйства.
В то же время надпойменная терраса находится в весьма благоприят-
ных условиях для образования верховодки, так как она сложена с поверх-
ности супесями и глинистыми песками, подстилаемыми на сравнительно не-
Рис. 2. Подтопление городской территории верховодкой
1 — пески; 2 — супеси; 3 — суглинки; 4 — коренные глины; 5 — весенний
уровень верховодки; 6 — источники
большой глубине (2—2,5 л<) менее проницаемыми легкими суглинками.
Большое количество воды, поступающей в грунт с обширной террито-
рии при снеготаянии, не успевает сдренироваться в откосе террасы и на-
капливается в супесях и песках. В результате уровень верховодки резко
повышается и подземные сооружения и коммуникации города подтапли-
ваются.
Если подземные воды залегают на большой глубине от
дневной поверхности или если территория сложена водоупор-
ными породами, то возможность ее подтопления под воздей-
ствием естественных факторов обводнения почти исключена.
Это, однако, не исключает возможности обводнения оползне-
вых склонов подземными водами, залегающими на относительно
большей глубине.
Если же территория сложена слабопроницаемыми породами
(например, суглинками), имеющими небольшую мощность, а под
ними залегает водоносный слой, то при заглублении подземных
сооружений в эти породы возможно воздействие на них капил-
лярных вод.
Подтопление за счет капиллярного увлажнения в практике
строительства встречается довольно часто.
Такое подтопление было, например, установлено при расширении одного
из городов *. Участки для нового строительства были намечены на поймен-
1 По данным Л. Р. Найфельда.
— 9 —
ной и надпойменной террасах (рис. 3). Надпойменная терраса сложена
плотными суглинками, залегающими на галечниках с напорными водами.
Эти воды, насыщая снизу суглинки, образуют в них свободный горизонт
и зону капиллярного увлажнения трехметровой высоты. Фундаменты и под-
валы проектируемых зданий должны в значительной мере располагаться
в этой зоне, и таким образом они окажутся в весьма неблагоприятных
условиях в смысле сырости. В местных понижениях рельефа зона капилляр-
ного увлажнения достигает поверхности земли, способствуя ее заболачи-
ванию.
Нередко наблюдаются случаи подтопления территорий на-
порными водами. При вскрытии котлованом таких вод они под-
Рис. 3. Подтопление капиллярными и напорными водами городской
территории, проектируемой к застройке
/ — легкие суглинки; 2 — супеси; 3 — галечники и пески, 4 — зона капиллярного
увлажнения; 5 — уровень подземных вод; 6 — скважина; 7 — заболоченности
нимаются вверх и заполняют его на высоту, соответствующую
напору водоносного горизонта. Наиболее же часто напорные во-
ды являются причиной обводнения оползневых склонов.
В описанном выше примере имеются условия для такого подтопления
в пределах пойменной террасы (см. рис. 3). При заложении здесь фунда-
ментов и других подземных сооружений будут вскрыты напорные воды,
пьезометрический уровень которых располагается на глубине около 1 м от
поверхности земли.
В то же время слабопроницаемые грунты 2-й надпойменной террасы
(на участках распространения под ними галечников), начиная почти с са-
мой поверхности земли, попадают в зону капиллярного увлажнения.
Очевидно, что в данном случае возникает необходимость в осуществле-
нии мероприятий по защите от подтопления еще в процессе строительства.
Другим примером подтопления подземных сооружений напорными во-
дами может служить территория, выбранная под строительство одного из
заводов электрической промышленности *.
Промышленная площадка расположена вблизи водораздела на склоне
небольшого ручья, сложена она делювиальными суглинками и мелкозер-
нистыми глинистыми песками, залегающими на морене (рис. 4). К пескам
приурочен водоносный горизонт, питающийся на водоразделе атмосферными
осадками.
1 По данным Д. А. Баранова.
— 10 —
Наклонное положение песчаного слоя, заключенного между водоупор-
ными породами, и наличие ниже по склону вместо песков менее проницае-
мых суглинков, обусловливает напорный характер водоносного горизонта.
В разведочных скважинах, пройденных на площадке, пьезометрические
уровни устанавливались вблизи дневной поверхности на 2—3 м выше кровли
песчаного слоя. Пьезометрическая поверхность имеет резко выраженный
уклон от водораздела к ручью.
Подвалы зданий запроектированы с заглублением в пески на 0,3—
о,5 м и вследствие напорности водоносного горизонта окажутся подтоплен-
ными на 2—3 м. В целях предотвращения подтопления подвалов проектом
предусмотрено устройство с верховой стороны площадки головного дре-
нажа.
Подтопление территорий и обводнение оползневых склонов
может быть также вызвано и безнапорными грунтовыми вода-
ми, притекающими с
расположенных вы-
ше участков.
Климат. На под-
топление территорий
или на обводнение
оползневых склонов
существенное влия-
ние оказывают кли-
матические особен-
ности района. Это
влияние имеет основ-
ное значение для
грунтовых вод в осо-
бенности на водораз-
дельных участках.
Климатические осо-
бенности здесь пре-
допределяют ход се-
зонных и годовых
колебаний уровня
подземных вод, а
следовательно, про-
должительность и
интенсивность пери-
одического подтоп-
ления заглубленных
сооружений.
В зависимости
от режима грунто-
вых вод подтопле-
ние территорий мо-
жет повторяться
один или несколько
раз в год и даже
один раз в несколь-
ко лет, а его интен-
Рис. 4. Подтопление напорными водами про-
мышленной площадки завода электропро-
мышленности
а—план; б — разрез по АБ; / — делювиальные
тяжелые суглинки: 2 — супеси; 3 — делювиальные
пески; 4—моренные суглинки с линзами песка;
5 — пьезометрический уровень подземных вод;
6 — пьезоизогипсы; 7 — горизонтали дневной по-
верхности
— 11 —
сивность будет зависеть от величины амплитуды колебаний
уровня грунтовых вод.
Приведем пример периодического подтопления, наблюдавшегося на
строительной площадке большого жилого дома, вызванного весенним по-
вышением уровня подземных вод *. Дом строили на склоне, сложенном
делювиальными суглинками, мелкозернистыми песками и мореной (рис. 5).
Подвальное его помещение, предназначавшееся под котельную и склады,
было заложено в суглинках с небольшим заглублением в пески. К послед-
ним приурочен поток подземных вод, поступающий со стороны водораз-
дельного участка,
Строительство дома было начато зимой, когда уровень подземных вод
располагался на глубине 3,5—4 м, т. е. ниже полов подвальных помеще-
ний, поэтому гидроизоляция стен и полов не была произведена Весной
Рис. 5. Подтопление подвалов жилого дома при сезонном
повышении уровня подземных вод
1—суглинки; 2— пески мелкозернистые; 3 — морена; 4 — зимний
уровень подземных вод; 5 — весенний уровень подземных вод
уровень подземных вод поднялся выше отметки полов и подвалы были
затоплены водой.
Рельеф. Не менее существенную роль в подтоплении терри-
торий играет их рельеф. Так, например, воды одного и того же
горизонта, залегающие относительно глубоко на повышенных
участках территории, в местных понижениях располагаются
близко к дневной поверхности и могут подтоплять те или иные
участки или отдельные заглубленные сооружения. Характер
рельефа определяет условия стока ливневых и талых вод в
районе площадки, а следовательно, в определенной мере влияет
и на инфильтрацию последних в грунт.
При достаточном уклоне и отсутствии местных понижений
создаются благоприятные условия для поверхностного стока.
Наоборот, при слабых уклонах и наличии впадин и понижений
значительная часть этих вод задерживается и просачивается в
грунт.
Гидрография. Гидрографическая сеть оказывает большое
1 По данным Л. Р. Найфельда.
— 12 —
влияние на условия естественного дренирования подземных вод,
а следовательно, и на подтопление. Редкая, слабо развитая и не-
глубоко врезанная гидрографическая сеть затрудняет дренирова-
ние и тем самым создает благоприятные предпосылки для неглу-
бокого залегания подземных вод (рис. 6,а). Глубокие овраги и
речные долины способствуют хорошему дренированию подзем-
ных вод (рис. 6,6).
При расположении территорий в прибрежной зоне водоемов
иногда можно наблюдать периодическое подтопление, связанное
с сезонными колебаниями уровня воды в реках и озерах и с под-
пором в устьях рек морской нагонной волной.
Рис. 6. Влияние развития гидрографической сети на подтопление территорий
а — при расположении территории вдали от рек и оврагов; б — при расположении тер-
ритории в междуречье
Такое подтопление возможно лишь при наличии хорошей
гидравлической связи подземных вод с водоемами. При этом
продолжительность подтопления зависит от повышения уровня
воды в водоеме, проницаемости пород и расстояния от берега.
Характерным является отставание колебаний уровня подземных
вод от колебаний уровня воды в реке. Бывают случаи, когда па-
водок на реке закончился, а повышение уровня подземных вод в
прибрежной полосе только еще начинается.
Заканчивая описание естественных факторов подтопления,
следует подчеркнуть, что схема защиты городских территорий и
промышленных площадок от подземных вод в основном опреде-
ляется характером и положением «очага подтопления» («очага
обводнения») по отношению к защищаемому объекту.
Такими «очагами» могут быть:
а) ливневые и талые воды, инфильтрующиеся в грунт в пре-
делах территории,—«питание сверху»; при этом различают обра-
зование этих вод как за счет атмосферных осадков, выпадающих
непосредственно на обводняемую территорию, так и за счет вы-
падающих вне этой территории, но в пределах тяготеющей к
ней водосборной площади;
— 13 —
б) напорные и безнапорные подземные воды в период сезон-
ных и годовых повышений их уровня, а также капиллярные во-
ды — «питание снизу»;
в) подземные воды, притекающие со стороньи с возвышенных
участков, склонов, и фильтрационные воды, поступающие из во-
доемов, — «питание сбоку».
3. ИСКУССТВЕННЫЕ ФАКТОРЫ ПОДТОПЛЕНИЯ
Естественно сложившиеся благоприятные гидрогеологиче-
ские условия осваиваемой строительством или эксплуатируемой
территории могут быть нарушены в результате строительной и
хозяйственной деятельности человека. Иногда удобные для
строительства и эксплуатации территории с относительно глу-
боким залеганием подземных вод в результате этой деятельно-
сти подтопляются и даже заболачиваются.
Такое искусственное подтопление городов и промышленных
предприятий чаще всего происходит на территориях, сложенных
слабо проницаемыми грунтами, например лёссами, суглинками,
супесями и глинистыми песками.
На площадках, сложенных хорошо фильтрующими песчано-
гравийно-галечниковыми и трещиноватыми породами, подтоп-
ление встречается редко (за исключением случаев искусствен-
ного подпора воды в водоемах).
Искусственное подтопление в известной мере ослабляется
при густой гидрографической сети. Но все же наличие вблизи
площадок глубоких долин с крутыми склонами еще не является
гарантией против подтопления в тех случаях, когда территории
сложены слабопроницаемыми грунтами и подвержены интенсив-
ному искусственному обводнению.
Искусственное подтопление территории может возникнуть в
результате:
а) ухудшения естественных условий стока ливневых и та-
лых вод и несоблюдения требований нормальной эксплуатации
временных водных коммуникаций в процессе строительства
(«обводнение территорий во время строительства»);
б) ухудшения естественных условий стока ливневых и та-
лых вод, а также нарушения нормальных условий работы вод-
ных коммуникаций и водосборников на территориях действую-
щих промышленных предприятий и городов («обводнение тер-
риторий во время эксплуатации»);
в) строительства гидротехнических сооружений в районе
промышленных предприятий и городов («обводнение террито-
рий при строительстве гидросооружений»).
— 14 —
Обводнение территорий во время строительства
В процессе строительства нарушение стока ливневых и та-
1ЫЧ вод происходит вследствие снятия растительного покрова,
беспорядочного устройства различного рода котлованов, выемок
без надлежащего их ограждения, насыпей, несвоевременного
и ущоствления вертикальной планировки и водосточной сети,
вследствие прокладки временных подъездных путей без водовы-
пусков и водоотводных канав и, наконец, неправильного распо-
южения зданий — длинными сторонами нормально к направле-
нию уклона местности.
Перечисленные нарушения стока ливневых и тальюс вод при-
водят к скоплению и застаиванию их на территории в искус-
ственно созданных понижениях (котлованах, выемках и ямах)
н перед преградами (насыпями, подъездными путями, зданиями).
Одерживаемые таким образом воды, в особенности при отсут-
1 вии растительного покрова, интенсивно инфильтруются в грунт
и вызывают постепенное повышение уровня подземных вод.
Этому также способствуют утечки воды из временных водо-
проводов вследствие неудовлетворительного их выполнения и ра-
боты. В местах водоразбора часто можно наблюдать скопление
воды из-за отсутствия или неудовлетворительной работы лотков,
отводящих воду за пределы территории, и вследствие недоста-
точного надзора за работой колонок. Источниками существен-
ной инфильтрации воды в грунт являются также гравиемойки
и другие промывочные установки (при отсутствии организован-
ного отвода промывочной воды).
Проиллюстрируем это на ряде примеров.
Одним из характерных примеров подтопления при строительных работах
может служить площадка крупного металлургического комбината. Здесь
в конце лета 1937 г. оказались подтопленными подземными водами все
строительные котлованы и законченные к тому времени подземные соору-
жения, что заставило срочно проводить дренажные мероприятия. До этого
в течение ряда лет строители не испытывали никаких осложнений со сто-
роны подземных вод. Подтопление произошло из-за нарушения при про-
изводстве строительных работ нормального стока ливневых и талых вод
в своеобразных гидрогеологических условиях площадки.
Эта площадка находится на высоком и крутом берегу реки, который
сложен в основании порфиритами, выветренными с поверхности до состоя-
ния глин и являющимися водоупором (рис. 7). В кровле этих пород имеет-
ся простирающаяся вдоль реки корытообразная впадина, заполненная гра-
вием и песками.
Борт впадины, примыкающий к реке, почти достигает дневной поверх-
ности и образует естественную преграду для подземного стока воды в реку.
С поверхности площадка сложена супесями и суглинками. Уровень подзем-
ных вод, содержащихся в песчано-гравелистом слое, до начала строитель-
ства располагался значительно ниже отметок заглубленных сооружений
предприятия.
Естественными дренами подземных вод, заполнявших корытообразное
понижение, служили балки, протягивающиеся по обеим сторонам площад-
ки. Поверхность ее до строительства имела уклон к реке и балкам, что
обеспечивало нормальный сток ливневых и талых вод. В дальнейшем этот
— 15
сток был нарушен многочисленными ямами, котлованами и насыпями
подъездных железнодорожных путей, а также корпусами основных цехов,
расположенных длинными сторонами поперек направления стока. В резуль-
тате талые и ливневые воды почти целиком задерживались на площадке
и просачивались в грунт.
Имевшаяся на площадке временная водопроводная сеть давала значи-
тельные утечки воды, которые также просачивались в грунт. Повышению
Рис. 7. Подтопление промышленной площадки ме-
таллургического комбината в результате наруше-
ния условий стока ливневых и талых вод
а —план; б —разрез по АБ; / — супеси; 2 — суглинки
легкие; 3 — галечники и пески; 4 — глины в зоне вывет-
ривания порфиритов; 5 — порфириты; 6 — уровень под-
земных вод до строительства; 7 — уровень подземных
вод через 5 лет после начала строительства; 8 — направ-
ление стока ливневых и талых вод
уровня подземных вод способствовала слабая водоотдача супесей, суглин-
ков и ограниченная дренирующая способность балок, склоны и дно которых
прикрыты мощным слоем слабопроницаемых глинистых пород.
Уровень подземных вод повысился на 2 м, вода частично заполнила
строительные котлованы, и произошло подтопление подвалов важных соо-
ружений.
— 16 —
Ipyioft, не менее интересный случай подтопления имел место на пло-
ШИКС строительства автозавода. Для строительства была выбрана терри-
тория на водораздельном участке, относительно высоко приподнятом над
твой гидрографической сетью. Рельеф площадки спокойный и имеет уклон
• примыкающей речке. Возвышенное положение площадки благоприятство-
вало естественному стоку ливневых, талых вод и ее дренированию, поэтому
•иможпость подтопления на первый взгляд казалась мало вероятной. Меж-
тем в результате строительных работ первой очереди, проведенных без
Ю таточного учета гидрогеологических особенностей площадки, произошло
• г подтопление.
Разведочными работами до начала строительства было установлено,
что площадка на глубину до 25 м сложена лёссовидными легкими суглин-
ками и супесями, в которых содержатся линзы и прослои более плотных
1 яжелых оглеенных суглинков. Последние служили водоупорной постелью
тля верховодки, залегавшей на глубине от 1,5 до 5,5 м от поверхности
1емли, ниже отметок оснований подземных сооружений (рис. 8).
Рис. 8. Подтопление промышленной площадки автомобильного
завода в результате нарушения поверхностного стока
1—лёссовидные супеси; 2— тяжелые оглеенные суглинки; 3 — уровень
подземных вод до строительства; 4 — уровень подземных вод через
5 лет после начала строительства
Вскоре после окончания разведочных работ на площадке было построе-
но несколько корпусов, которые располагались своими длинными сторонами
нормально к направлению уклона местности, и были проложены подъездные
железнодорожные пути. Планировка не была осуществлена. Через год
строительство было законсервировано, причем некоторые корпуса остались
незаконченными — возведены были лишь фундаменты и стены, котлованы
и ямы остались незасыпанными.
Спустя 5 лет, при возобновлении строительства оказалось, что гидро-
геологические условия площадки резко изменились, так как подземные воды
приобрели повсеместное распространение и их уровень настолько повысился,
что местами достиг поверхности земли, при этом значительная часть пло-
щадки оказалась заболоченной. В заброшенных ямах и котлованах, а также
внутри незаконченных корпусов началось бурное развитие болотной расти-
тельности.
Причиной подтопления послужили искусственно задержанные в котло-
ванах за подъездными путями и зданиями талые и ливневые воды и их
усиленная инфильтрация в лессовидную толщу пород. Для ликвидации под-
топления и осушения заболоченных участков был запроектирован развет-
вленный дренаж и водосточная сеть.
2 Зак. 703 • — 17 —
Подтопление верховодкой имело место при строительстве одного из
металлургических заводов. Этот завод расположен на второй надпоймен-
ной террасе реки и возвышается над ее горизонтом примерно на 30 м. Ее
поверхность довольно ровная, с небольшим уклоном в сторону, противопо-
ложную реке, к болотному массиву ’, примыкающему к территории.
Геологическое строение территории достаточно простое: в верхней своей
части она сложена моренными суглинками (их мощность 6—10 м), а в
нижней — глинами (мощностью 35—40 м). В районе торфяного болота
на моренных суглинках залегают флювиогляциальные пески, имеющие мощ-
ность от 0,5 до 5 м.
Во время изысканий, проводившихся до строительства завода, подзем-
ных вод здесь обнаружено не было, за исключением отдельных небольших
участков, где в разрыхленных (под воздействием процессов выветривания}
Риг. 9. План гидроизогипс на промышленной площадке металлургического
завода
1 — на май 1953 г.; 2 — на август 1953 г.
моренных отложениях встречали иногда на разных глубинах воду типа
верховодки. Кроме того, весной и осенью вода появлялась также во флю-
виогляциальных отложениях; однако летом и зимой вода исчезала даже
в колодцах, а болота высыхали.
Строительство завода началось в 1948 г., причем никаких мероприятий
по организации стока атмосферных вод на территории проведено не было
Через некоторое время ее гидрогеологические условия существенно измени-
лись; так, например, при проведении разведочных работ на участке строи-
тельства мартеновского цеха воду всюду находили на глубинах от 2,5 до
6,8 м.
К 1953 г., т. е. через 6 лет после начала строительства, обводнение
охватило уже всю территорию завода (рис< 9), при этом образовался по-
1 По данным К- Т. Анохиной.
— 18 —
» гоинный водоносный горизонт, хорошо выдержанный как по площади, так
Н по времени, с глубиной залегания зеркала подземных вод от 0,6 до 2,7 м
и с общим его падением в сторону болота.
Описанный пример является ярким показателем резкого изменения гид-
рогеологических условий территорий (в сторону их ухудшения) под влия-
нием промышленного строительства без предварительного проведения меро-
приятий по благоустройству территории, чему в данном случае в значитель-
ной мере способствовали природные ее условия (наличие слабопроницае-
мых I рунтов, не способных отвести все инфильтрующиеся в них атмосфер-
ные воды).
Приведенные примеры показывают, какое важное значение
при проведении строительных работ имеет организация стока
ливневых и талых вод, правильное расположение зданий и свое-
временная заделка котлованов после их вскрытия и возведения
фундаментов.
Обводнение территорий во время
эксплуатации
Подтопление территорий проявляется еще в большей мере,
чем при строительстве, во время эксплуатации предприятий,
в особенности если в технологическом процессе последних вода
находится в больших количествах.
Причинами подтопления на территориях городов и пред-
приятий служат: утечки из водопроводно-канализационных со-
оружений, не организованный сброс промышленных вод, устрой-
ство поглощающих колодцев для спуска поверхностных или от-
работанных вод ь породах, неспособных поглотить сбрасывае-
мые воды, неисправная работа ливневой сети, несвоевременное
или неправильное выполнение вертикальной планировки, отсут-
ствие или засорение водовыпусков через железнодорожные или
трамвайные пути и, наконец, неправильное расположение отва-
лов шлака или золы.
Значение перечисленных факторов часто не учитывается,
и они, действуя в течение более или менее длительного времени,
приводят к интенсивному обводнению и подтоплению значи-
тельных территорий и вызывают серьезные осложнения в жиз-
недеятельности города или предприятия.
При этом большое значение имеют гидрогеологические осо-
бенности района, часто предопределяя при прочих равных усло-
виях интенсивность и масштабы обводнения и подтопления.
Наиболее мощными источниками искусственного обводнения
и подтопления являются утечки из водопроводных сооружений
и сети. Водопроводная сеть, как правило, дает некоторые утечки
воды, которые в общем мало влияют на обводнение грунтов, но
при авариях эти утечки могут служить причиной подтопления.
Вследствие того, что аварии часто подолгу остаются необнару-
женными, это подтопление приводит к тяжелым последствиям.
Известны случаи, когда потери воды из сети достигают не-
допустимо больших размеров; так, например, по опубликован-
2*
— 19 —
ним данным, утечки и неучтенный расход воды в 1947 г. соста-
вили в Архангельске 38%, в Астрахани 15%, в Туле и Краснояр-
ске по 14% от поданного количества воды [29].
Значительные утечки из водопроводных сооружений обычно
бывают при отсутствии надлежаще выполненной гидроизоляции
в стенках и днище бетонных резервуаров. Кроме того, в брыз-
гальных бассейнах и градирнях наблюдается разбрызгивание
воды на прилегающие участки территории и инфильтрация ее в
грунт. Потери на разбрызгивание могут составить для брызгаль-
ных бассейнов от 1 до 3,5% и для градирен от 0,5 до 1% от пол-
ного расхода охлаждаемой воды {49].
При бесконтрольной работе водоразборных колонок и кранов
на поверхности земли скапливается вода, которая, инфильтруясь
в грунт, служит дополнительным источником обводнения терри-
тории.
Подтопление вследствие утечек воды из водоразборных кра-
нов имело место на территории одного из крупных зданий в
г. Новочеркасске, где в поверхности подземных вод были обнару-
жены характерные местные куполообразные повышения [22].
Повреждения водопроводной арматуры, расположенной в
смотровых колодцах, в тех случаях, когда колодцы не имеют
надежной гидроизоляции, также приводят к обводнению грун-
тов.
Канализационная сеть при расположении ее ниже уровня
подземных вод дренирует их, снижая уровень подземных вод,
хотя дренирующий эффект самих канализационных труб срав-
нительно небольшой.
В то же время практика показывает, что этот эффект на ка-
нализованных территориях часто бывает довольно существен-
ным (последний создается главным образом дренирующим дей-
ствием траншей, в которых вода часто движется в слое щебе-
нистой подготовки под трубы, а также в разрыхленном насып-
ном грунте около их стенок); наоборот, устройство водопровода
без канализации иногда приводит к повышению уровня грунто-
вых вод.
При расположении канализационной сети выше уровня под-
земных вод получается обратная картина, т. е. канализация те-
ряет свои воды и обводняет грунты.
Отрицательная роль канализационной сети проявляется еще
сильнее при ее засорении или недостаточной пропускной спо-
собности, обусловливающих ее работу под напором. В послед-
нем случае возможны утечки воды в грунт и при заложении сети
ниже уровня подземных вод, если напор в трубах будет превы-
шать отметки уровня подземных вод. Бывают случаи, когда ка-
нализационная вода выливается через смотровые колодцы на
поверхность земли. Утечки воды из канализационной сети при
ее повреждениях, например при осадке грунтов, достигают
больших величин.
— 20 —
В работе П. Ф. Горбачева [221 описан случай, имевший ме-
то на машиностроительном заводе, когда из разбитой канали-
1,11|||«>пной трубы вода фильтровалась в грунт в количестве до
I O(j0 мЧ сутки. Это вызвало повышение уровня подземных вод
и । At и подтопление котлована под фундаментами новых пе-
Неорганизованные сбросы, т. е. выпуск отработанных вод
прямо на поверхность земли, а также устройство различного
рода поглощающих колодцев и ям, служат причиной обводне-
ния грунтов.
Наличие водопровода при отсутствии канализации часто яв-
1ястся основным фактором подтопления населенных пунктов.
Например, в Берлине при наличии обильного водоснабжения до
постройки канализации наблюдалось значительное повышение
.ровня подземных вод.
Засорение закрытой водосточной сети и водовыпусков, а
икже несвоевременное или неправильное выполнение верти-
кальной планировки дезорганизуют сток ливневых и талых вод
и увеличивают их фильтрацию в грунт. При надлежащем же
олагоустройстве территории инфильтрация атмосферных осад-
ков в грунт сравнительно невелика. Между тем в неблагоустро-
енных городах величина просачивающихся осадков может до-
стигать 30% от общего их количества [22].
Неправильное расположение отвалов шлака или золы (ко-
гда последние препятствуют нормальному стоку ливневых вод
или естественному дренажу подземных вод) может вызвать под-
топление территорий.
Примером подтопления в результате такой искусственной закупорки
выходов подземных вод может служить площадка одного металлургического
(авода на юге. Здесь вследствие складирования отвалов шлака на участке
выхода источников резко повысился уровень подземных вод (рис. 10). Под-
Рис. 10. Подтопление промышленной площадки металлургиче-
ского завода в результате искусственной закупорки выхода
подземных вод
1—пылеватые пески: 2—глины; 3 — шлак и зола; 4 — уровень под-
земных вод до складирования отвалов; 5 — подпертый уровень под-
земных вод; 6 — источники; 7 — заболоченности
— 21 —
пор их постепенно распространялся вверх по склону на территорию пло-
щадки и вызвал подтопление подвальных помещений завода. Для пониже-
ния уровня подземных вод потребовалось устройство дренажа.
В отдельных случаях причиной подтопления могут служить
неисправности в работе дренажных сетей, имеющихся на терри-
тории, например при засорении сбросных участков в самотечных
системах или при прекращении откачки в принудительных систе-
мах и т. д.
При подтоплении многие из перечисленных факторов прояв-
ляют себя одновременно; при этом правильная оценка удельного
значения каждого из них имеет большое практическое значение.
Для иллюстрации приведем ряд примеров.
Одним из наиболее характерных примеров может служить металлур-
гический завод, выстроенный в 1940—1941 гг. Завод был построен в осно-
вании склона невысокого холма на довольно ровной территории, слабо на-
Рис. 11. Подтопление промышленной площадки металлургическо-
го завода в результате утечек из водопроводных и канализацион-
ных сооружений
/ — талько-хлоритовые сланцы; 2 — суглинки и глины трещиноватые (зона
выветривания сланцев); 3—уровень подземных вод до строительства; 4 —
уровень подземных вод после 6 лет эксплуатации завода
клоненной в сторону группы озер, расположенных в 2 км от завода. Выше
площадки в рельефе склона почти у самой вершины холма имеется несколь-
ко небольших бессточных понижений. Гидрогеологические условия площадки
вполне благоприятствовали строительству, так как подземные воды в то
время залегали на глубине свыше 7 м (т. е. значительно ниже глубины за-
ложения подземных сооружений).
В первые годы эксплуатации завода подземные воды не создавали
никаких осложнений. Однако после 4 лет с начала строительства в неко-
торых подвалах выступили подземные воды, а спустя 7 лет, в 1947 г., уро-
вень их местами почти достиг дневной поверхности (рис. 11).
Таким образом, подтопленными оказались все подвальные помещения
завода, галерея углеподачи, подземные электрокабели, смотровые колодцы
водопроводной сети и др. Предпринятая заводом периодическая откачка
воды из подвалов не улучшила положения; при этом возникли опасения,
что она может нарушить устойчивость сооружений вследствие выноса ча-
4 нт грунта из-под их основания.
В результате обследования территории и водного хозяйства завода было
установлено, что главнейшими причинами катастрофического повышения
уроння воды явились почти беспрерывный и довольно большой сброс воды
utpci сигнальную трубу водонапорного резервуара, расположенного на вер-
шине холма, и неисправность канализации, частично забитой смолой и ра-
ботавшей под напором с переливом через устья колодцев. Вода, стекав-
шая из резервуара, скапливалась в понижениях верхней части склона.
До строительства скопления ливневых и талых вод в этих понижениях
г наблюдалось вследствие ограниченности их водосбора Просачиваясь в
грунт, водопроводная вода насыщала толщу выветрелых до состояния
глипков талько-хлоритовых сланцев, слагающих площадку. На самой пло-
щ щке они дополнительно подпитывались канализацией, работавшей под
«/•пором.
Не менее показательным примером подтопления может служить про-
мышленная площадка комбината сланцевой промышленности, расположен-
ии! <» вблизи бровки крутого и высокого берега реки (рис. 12). Здесь берег
реки сложен в нижней и средней части плотными глинами, а в самой верх-
ней — пылеватыми песками с прослоями супесей и суглинков. Коэффи-
циент фильтрации этой толщи равен 0,5—1,3 м1сутки. К пескам приурочен
лабый водоносный горизонт, залегающий на глинах. Уровень подземных
под в 1932 г. до строительства располагался на глубине 5—7 м от поверх-
ности земли. За время эксплуатации комбината уровень этих вод непре-
рывно повышался и к 1947 г. почти достиг поверхности земли.
Из рис. 13 видно, что с 1938 по 1947 г. при одинаковом, в общем,
распределении атмосферных осадков за эти годы уровень подземных вод
повысился на 4—6 м. Столь значительное его повышение неблагоприятно
« казалось на устойчивости подтопленных сооружений, в частности, произо-
шла авария на электростанции вследствие деформации ее основания. Кро-
ме того, значительное повышение уровня подземных вод привело к ожив-
лению стабилизировавшихся старых оползней на береговом склоне, что
падало непосредственную угрозу существованию сооружений комбината.
В связи с этим потребовалось проведение обширных исследований и доро-
I остоящих мероприятий.
В результате исследований было установлено, что подтопление произо-
шло из-за неправильного ведения водного хозяйства на комбинате. Водо-
проводная и канализационная сети вследствие технических дефектов давали
шачительные утечки воды в грунт. На площадке работала брызгальная
установка, а позже — градирня, которые также давали значительные
утечки и разбрызгивание воды по территории.
Проведенная в процессе эксплуатации реконструкция канализационной
сет не улучшила положения, так как старая полуразрушенная канализа-
ция не была полностью отключена от новой. Последняя вскоре засорилась
и работала под напором, часто изливая воду через колодцы на поверхность.
Водопроводная сеть почти непрерывно находилась в авариях вследствие
плохой заделки стыков и неисправности арматуры, размещенной в водопро-
водных колодцах без днищ. В результате в зеркале подземных вод образо-
пались куполообразные повышения, приуроченные к местам более активных
потерь воды из водопроводно-канализационных устройств (см. рис. 12).
Не меньший интерес представляют также случаи подтопления терри-
торий за счет главным образом производственных вод, которые имели место
па ряде заводов химической и металлургической промышленности. Ниже
опишем эти случаи *.
Химический завод расположен на берегу моря; занимаемая им терри-
тория имеет ровный рельеф с пологим склоном к морю. Эта территория
сложена сверху песком-ракушечником, имеющим мощность от 0,2 до 1,5 м
1 По данным К. Т. Анохиной.
— 23 —
(реже 2 Jit); ниже залегают суглинки с линзами мелкозернистого песка
местами загипсованные (их мощность от 2,5 до 7, реже до 10 м)-, под ними
лежат мелкозернистые пески с линзами глин (их пройденная мощность не
превышает 10 jw); они подстилаются плотными коренными глинами.
Строительство завода проводилось в две очереди (см. рис. 14), соот-
ветственно этому велись и изыскания.
В 1940 г. изыскания были произведены на участке I очереди строитель
ства, а в 1948 г. ими была уже охвачена вся территория завода, т. е. вклю-
чая и участок II очереди строительства.
Кроме того, на участке II очереди строительства в 1954 г. были про-
ведены повторные изыскания; в это время уже работал завод на участке
I очереди строительства.
Рис. 12. Подтопление территории сланцевого комбината
в результате утечек из водопроводной в канализационной
сетей
а ~ план: < — разрез по АБ; 1 — пылеватые пески с линзами супе-
сей и суглинков; 2 — глины коренные; 3 — оползневые массы; 4 —
уровень подземных вод до строительства; 5 — уровень подземных
вод спустя 15 лет; 6 — источники; 7 — гидроизогипсы; 8—канали-
зационная сеть; 9 — водопроводная сеть
— 24 —
11<>д щмные воды на участке I очереди строительства были обнаружены
и pi| ( на глубинах от 6,5 до 8,5 м; они приурочены к мелкозернистым
и- К.»м и । бразовывали поток, направленный в сторону моря. Во время
-меканий 1948 г. (т. е. через 8 лет) было зафиксировано повышение уров-
нодземпых вод на этом участке на 3—4,5 м, при этом их уровень уже
р*< поляг лея в это время на глубинах 2—4 м. В то же время было уста-
ш к но, что на участке II очереди строительства завода грунтовые воды
1яЛггпют на глубине 6—7 м. В дальнейшем (в 1954 г.) их уровень также
Il ши ился и достиг глубины 2,5—3 м, а в отдельных местах даже 0,9 ч.
В результате многие подвалы и подземные коммуникации оказались-
и i--пленными.
на площадке сланцевого комбината
Основной причиной такого интенсивного подтопления является неупо-
рядоченный сброс производственных и бытовых вод на самой территории^
и частности из проходящего по ней канализационного коллектора (см.
рис. 14,6) от соседнего промышленного предприятия, находящегося в неис-
правном состоянии. В результате в северо-западной части территории заво-
да возникло даже целое озеро, питаемое сточными водами, которое стало
служить источником питания подземных вод и частично изменило направ-
!ение их движения на отдельных участках территории (рис. 14,в).
Коксохимический завод расположен в наиболее возвышенной части
подораздельного плато. Рельеф территорий спокойный.
Под почвенным слоем здесь залегают делювиальные суглинки мощно-
стью 1,6—5,4 лс; постепенно они переходят в плотные глины, имеющие мощ-
ность от 8,3 до 12,2 м; ниже их лежат глинистые сланцы.
Во время изысканий, проводившихся в 1948—1950 гг., подземные воды
на территории были замечены на глубине от 4 до 9,7 м. Режимными
наблюдениями, выполненными в 1948—1949 гг., было установлено, что уро-
— 25 —
Рис. 14. Подтопление территории хи-
мического завода в результате утечек
производственных вод
<а — схематический план; б — план гидро-
изогипс на участке II очереди строитель-
ства; в — план гидронзогипс на участке
I очереди строительства; 1 — гидроизогип-
сы в 1948 г. (сплошная линия); 2 — гидро-
изогипсы в 1954 г (пунктирная линия)
вень их колеблется здесь исключительно под воздействием метеорологиче-
ских факторов; при этом наиболее низкое положение они занимают зимой,
а наиболее высокое — осенью (летом наблюдается снижение уровней). Об-
щий уклон зеркала подземных вод следует рельефу местности.
Строительство завода было начато в 1951 г., а уже в 1954 г. (т. е.
когда завод работал) обнаружено, что в зеркале подземных вод возникли
купола (рис. 15) — в районе расположения градирен, коксовых печей и от-
стойников (в восточной части территории) и на участке размещения ТЭЦ
(в ее западной части). Дальнейшие наблюдения за режимом подземных
вод (до 1957 г.) показали, что купола продолжают расти, но их общая
конфигурация при этом сохраняется.
Анализ данных режимных наблюдений показывает, что наибольший
подъем уровня воды наблюдался в первые три года эксплуатации завода;
последующие же годы имело место растекание воды во все стороны от ку-
полов. Так, например, до 1954 г. подъем уровня воды в центральных ча-
стях куполов достигал 1,9—2,6 л, а на их склонах 1—2 м; в период же
с 1954 по 1957 г. этот подъем на тех же участках не превышал соответ-
ственно 0,5—0,75 м. и 1,45—1,85 ж В эти годы резко изменился и уровен-
ный режим подземных вод; в частности не стало наблюдаться зимнего сни-
жения уровня.
Такой характер режима подземных вод указывает на то, чго главным
источником их питания после пуска завода в эксплуатацию стали утечки
производственных вод в районе расположения градирни, коксовых печей,
.отстойников и ТЭЦ.
Рис. 15. Карта изменения глубин подземных вод на территории коксохимического завода при ее обводнении производствен
ными водами
площади, где уровень воды с 1950 по 1954 г. поднялся более 2 м; 2 — площади, где уровень воды с 1950 по 1954 г. поднялся от 1 до 2 м
3 — площади, где уровень воды с 1950 по 1954 г. поднялся менее 1 я; 4 — линии гидронзогипс на 7 декабря 1950 г; 5— линии гидроизогиш
на 20 января 1954 г.
— 26 —
— 27 —
Подтопление за счет утечек воды из водопроводно-канализа-
ционных сооружений чаще всего проявляется в условиях зало-
жения их в слабоводопроницаемых породах. Особую опасность
они представляют в районах, сложенных лёссами и лёссовидны-
ми породами. Здесь вследствие хорошей проницаемости пород по
Рис. 16. График повышения уровня подземных
вод на промышленной площадке металлургическо-
го завода
1 — лёссовидные суглинки; 2 — лёссы; 3— глины; 4 — кри-
вые уровня подземных вод по скважинам, расположен-
ным на различных участках
вертикали вода быстро проникает в них сверху. Однако в гори-
зонтальном направлении породы плохо проницаемы, поэтому
даже при сравнительно небольших утечках воды это может при-
водить к быстрому повышению уровня подземных вод.
В этом отношении весьма показательным является подтопление терри-
тории одного из металлургических заводов *. Площадка этого завода с по-
верхности на глубину 18—19 м сложена лёссами и лёссовидными породами,
которые залегают на плотных глинах (рис. 16). При изысканиях под строи-
тельство завода подземные воды не были обнаружены, и глубокие фунда-
менты закладывались в сухих грунтах.
Вскоре после пуска завода в эксплуатацию (1930 г.) было отмечено
наличие небольших потерь воды из производственной канализации и одно-
1 По данным Д. А. Баранова.
— 28 —
с этим зафиксировано образование водоносного горизонта в
< «х.
Цельнейшими наблюдениями установлено непрерывное повышение уров-
ни 1Н>л«смных вод, который за 11 лет повысился на 15—16 м, причем .то
н пышеппе привело к подтоплению части подвалов цехов и к уменьшению
• лёссовидных пород, обладающих просадочными свойствами. По-
н> рхность подземных вод приобрела резко выраженный куполообразный
piKiep (рис. 17). В результате работ по дренированию территорий, нача-
1 X и 1947 г., уровень подземных вод стал понижаться.
При значительных утечках подтопление возможно также в
»р(нно проницаемых породах и даже при благоприятных усло-
циях дренирования подземных вод гидрографической сетью.
Рис. 17. Карта гидроизогипс на одном из участков площадки металлурги-
ческого завода
/ — производственная и хозяйственная канализации; 2—гидроизогипсы по состоянию
на октябрь 1939 г.
Такое подтопление имело место на одном химическом комбинате и было
вызвано утечками из производственной канализации.
Площадка комбината находится в весьма благоприятных гидрогеоло-
гических условиях, при которых, казалось бы, подтопление невозможно.
Она сложена толщей аллювиальных песков и галечников (коэффициент
фильтрации 10—15 м!сутки) мощностью около 15 м и располагается на вы-
соком междуречном участке, который хорошо дренируется реками, проте-
кающими вдоль границ площадки (рис. 18).
При разведке, произведенной для выбора участка строительства на
междуречье, в песчаной толще был выявлен поток подземных вод, движу-
— 29 —
щийся из одной реки в другую. Уровень их располагался на глубине
6—7 м от поверхности, и фундаменты заводских корпусов были уложены
в сухих песках.
Спустя 15 лет при возведении новых цехов, в том числе и каустического,
цеха, оказалось, что уровень подземных вод за это время значительно по-
высился и достиг фундаментов.
Через некоторое время после пуска в эксплуатацию каустического цеха
из-за большой осадки фундамента, достигшей 170 мм в месяц, стенки его.
стали сильно деформироваться, растрескиваться и перекашиваться.
Специальными исследованиями было установлено, что подтопление про-
изошло из-за того, что канализация комбината была неисправна, а сбро-
совые производственные воды поступали в грунт. Вместе с тем утечки отра-
Рис. 18. Подтопление территории химкомбината в результате
утечек воды из производственной канализации
1 — насыпной грунт — разнозернистый песок; 2 — песок разнозернистый
с гравием; 3 — гравий и галька с песком; 4— уровень подземных вод
при эксплуатации промышленной площадки; 5 — уровень подземных
вод до строительства комбината
ботанных вод каустического цеха в короткий срок сильно минерализовали
подземные воды, придав им коррозийные свойства (содержащие едких ще-
лочей достигло 30—35 г/л).
Агрессивное воздействие подземных вод на фундаменты и послужило
причиной их частичного разрушения и осадки.
Таким образом, причиной подтопления территорий городов
и действующих предприятий наиболее часто является наруше-
ние условий нормальной эксплуатации водных подземных ком-
муникаций.
Общее неблагоустройство территорий также способствует
подтоплению, в особенности в районах распространения лёссов и
других слабопроницаемых пород.
Различные упущения при эксплуатации водного хозяйства
городов и предприятий, которые на первый взгляд кажутся мело-
чами и обычно не привлекают к себе внимания, играют значи-
тельную роль в искусственном подтоплении.
Еще один источник подтопления отмечен в южных районах
Союза—это конденсация влаги под зданиями и местными по-
— 30 —
прытями. Н. Я. Денисов приводит факты повышения влажности
। рунтов под укрытиями и зданиями, не имеющими водопровода
и канализации, вокруг которых создана асфальтовая мостовая и,
t ic ювательно, исключается влияние утечек и атмосферных осад-
коп [24].
Вопрос о формировании подземных вод на затененных уча-
i iKax за счет конденсации водяных паров еще находится в ста-
н'П изучения и в некоторой степени исследован (И. Н. Кругло-
ным) лишь для южных районов с развитием лёссов. Поэтому
при выявлении причин подтопления не следует переоценивать
точение этого источника питания подземных вод.
Обводнение территорий при строительстве
гидротехнических сооружений
Строительство подпорных гидротехнических сооружений на
реках, когда подземные воды гидравлически связаны с верхним
•ьефом до или после их возведения, приводит к подпору и повьь
Рис. 19. Подтопление территории в связи со строительством
на реках подпорных гидросооружений
а — при наличии гидравлической связи подземных вод с рекой до строи-
тельства; б — при возникновении гидравлической связи подземных вод с
рекой после строительства; / — пески; 2 — глины; 3—уровень подземных
вод до подпора; 4—уровень подземных вод после подпора; 5 — нормально-
подпертый горизонт воды в реке после устройства плотины; 6—бытовой
горизонт воды в реке, т е. до устройства плотины
— 31 —
шению уровня подземных вод на прилегающей к реке террито-
рии (рис. 19).
Устройство судоходных, оросительных и сбросных каналов
вследствие фильтрации воды из них также может вызвать повы-
шение уровня подземных вод и подтопление прилегающих к ка-
налам промышленных площадок, городов и других населенных
пунктов (а иногда к обводнению оползневых склонов).
При лиманном орошении сельскохозяйственных земель (т. е.
при затоплении поливной водой отдельных участков), значитель-
ное количество воды просачивается в грунт и может служить
причиной подтопления или обводнения. Однако на практике под-
топление территорий в связи со строительством гидротехниче-
ских сооружений на реках .встречается сравнительно редко, так
как обычно одновременно с их осуществлением проводятся ме-
роприятия по защите территории от подтопления или обводне-
ния.
Опишем ряд случаев подтопления прибрежных территорий. В связи со
строительством плотины и образованием водохранилища на одной из боль-
ших рек оказалась подтопленной выбранная для застройки площадка круп-
ного предприятия текстильной промышленности. Площадка располагается
на надпойменной террасе реки в 800 м от ее уреза. Терраса сложена пес-
ками, пылеватыми в верхней части, крупными и гравелистыми внизу, мощ-
ностью до 10—12 м. Подземные воды до подпора залегали на глубине
2—3 м от поверхности земли и были гидравлически связаны с рекой. После
наполнения водохранилища их уровень на площадке повысился на 1,2—
1,5 м и в пониженных местах образовались заболоченности. Таким образом,
площадка оказалась подтопленной и, прежде чем приступить к строитель-
ству, пришлось устроить дренаж.
В непосредственной близости от описанной площадки находится дей-
ствующий завод резиновой промышленности,- на его территории в 1935 г.
до создания подпора был построен канализационный коллектор, уложенный
в сухих грунтах; стыки его, как оказалось, заделывались не достаточно
тщательно.
В 1939 г. в результате подпора и повышения уровня подземных вод
на 2,5—3 м против его естественного положения произошло подтопление
коллектора, который превратился в интенсивно работающую дрену, что
повлекло за собой вынос в коллектор мелких частиц грунта и привело к
просадкам и разрушению коллектора.
Искусственные факторы, как видно из приведенных приме-
ров, часто создают мощные «очаги» подтопления. Характер и
положение этих «очагов» относительно защищаемых объектов,
так же как и при подтоплении за счет естественных факторов,
предопределяет выбор схемы защиты этих объектов.
Такими «очагами» при искусственном подтоплении явля-
ются:
а) ливневые и талые воды, инфильтрующиеся в грунт на
неблагоустроенных территориях, утечка воды из водных комму-
никаций и неупорядоченное орошение зеленых насаждений —
«питание сверху»;
б) фильтрационные воды, поступающие на защищаемую
территорию из водохранилищ и каналов, а также подпор пото-
ка подземных вод—«питание сбоку».
Глава II
СПОСОБЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И БОРЬБЫ
С ОБВОДНЕНИЕМ ТЕРРИТОРИЙ
1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
Высокое положение уровня подземных вод является чрезвы-
чайно неблагоприятным фактором как для нового городского и
промышленного строительства, так и для нормальной жизнедея-
н-льности уже существующих городов и промышленных пред-
приятий.
Предотвращение или устранение вредного воздействия под-
омных вод, обусловленного высоким положением их уровня,
•бычно требует принятия тех или иных мер защиты. Необходи-
мость в их проведении возникает также и в районах гидротех-
нического строительства на реках, где образование подпора воды
приводит к подтоплению прибрежных территорий городов и про-
мышленных предприятий, а также при борьбе с оползнями.
Для защиты территорий и сооружений от подтопления под-
н-мными водами, а также для локализации вредного действия
аих вод на условия застройки и эксплуатации промышленных и
юродских территорий находят применение как меры предупре-
ждения подтопления, так и меры борьбы с ним.
Характер предупредительных мероприятий, а равно и меро-
приятий, непосредственно направленных на борьбу с подземны-
ми водами, весьма разнообразен. Он определяется, с одной сто-
роны, гидрогеологическими особенностями данной территории,
.1 с другой, — характером застройки и типом подземных соору-
жений.
Выбор мер зависит также и от степени освоенности данной
территории, т. е. от того, проводятся ли эти меры в первоначаль-
ный период строительства, или во время полного развития на
ней основных строительных работ, или же в период эксплуата-
ции.
< Зак. 703
— 33 —
В общем виде меры предупреждения подтопления городских
территорий и промышленных площадок могут быть сведены:
к надлежащей организации стока поверхностных вод;
к искусственному повышению планировочных отметок тер-
ритории;
к устройству защитной гидроизоляции или профилактиче-
ских пристенных (прифундаментных) и пластовых дренажей в
основании подвалов и других подземных сооружений;
к тщательному устройству водопроводно-канализационных
сооружений и правильной их эксплуатации;
к устройству дамб обвалования и береговых дренажей;
к надлежащей организации складирования отходов произ-
водства;
к устройству профилактических вентиляционных каналов в
основании подземных сооружений.
Из приведенного перечня видно, что в состав мер преду-
преждения подтопления входят: общие мероприятия по инже-
нерной подготовке городских территорий и промышленных пло-
щадок; специальные водозащитные или дренажные мероприя-
тия; организационно-технические мероприятия, связанные с
правильной эксплуатацией водного и отвального хозяйства.
Меры борьбы с подтоплением городских и промышленных
территорий заключаются в следующем:
в устранении утечек из водопроводно-канализационных со-
оружений или неисправностей в работе дренажной сети;
в поднятии полов в существующих подвальных помеще-
ниях;
в интенсификации дренирующего действия естественных
водоприемников для подземных вод;
в устройстве гидроизоляции в подземных сооружениях;
в осуществлении различного рода подземных дренажей.
Борьба с обводнением оползневых склонов в основном сво-
дится к устройству подземных дренажей.
Кроме того, в отдельных случаях здесь могут найти извест-
ное применение и специальные способы дренирования грунтов.
2. ОРГАНИЗАЦИЯ И УСКОРЕНИЕ СТОКА
ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД
Высокое положение уровня подземных вод на городских
территориях и промышленных площадках в ряде случаев бы-
вает обусловлено нарушением стока поверхностных (талых и
ливневых) вод во времен производства строительных работ.
Формирование этих вод может происходить не только за счет
атмосферных осадков, выпадающих непосредственно на данную
территорию («свои воды»), но также и вследствие притока во-
ды извне, с прилегающих участков («чужие воды»).
— 34 —
Мероприятия по огранизации и ускорению стока поверх-
гпых вод преследуют цели радикального сокращения их ин-
фильтрации в грунт. В состав этих мероприятий входят:
и) перехват и отвод «чужих вод» еще до поступления их
и । ищищаемую территорию;
б) ускорение стока «своих вод»;
в) соблюдение определенного порядка и правил при устрои-
ли котлованов, траншей и иных выемок.
Перехват «чужих вод» производится нагорными канавами,
а ускорение стока «своих вод» достигается вертикальной пла-
нировкой территории с устройством на ней проездов и водо-
• 1ОЧ1ЮЙ сети открытого или закрытого типа.
В ходе строительства не следует отрывать котлованы под
фундаменты и траншеи заблаговременно, а делать это надо no-
li пенно, вслед за укладкой коммуникации и возведением
i|i 1даментов с применением скоростных методов производства
Р тот. При этом следует стремиться к тому, чтобы промежуток
hpi мсни между окончанием отрытая котлована и началом воз-
u-ния фундамента или укладки коммуникаций в нем был
наименьшим; необходимо также тщательно ограждать котло-
ii.iiii.i небольшими дамбами во избежание их затопления по-
верхностными водами. Не менее важно вслед за окончанием
укладки коммуникаций и возведения фундаментов незамедли-
|глыю и весьма тщательно (с трамбованием) заделывать па-
<у\н котлованов и траншей грунтом, а лишний грунт своевре-
менно отвозить в места свалок. Кроме того, следует немедлен-
но принимать меры к отводу поверхностных вод от зданий и к
предупреждению их застоя.
Организация поверхностного стока непосредственно на
шолзневых склонах осуществляется при помощи общей плани-
ровки их поверхности и террасировки с устройством системы
и।крытых ливнестоков (канав и лотков). Вместе с тем должны
пи ib также приняты меры к перехвату поверхностных вод, по-
знающих к склонам со стороны водораздела, при помощи на-
Горных канав или закрытых водостоков.
3. ОБВАЛОВАНИЕ ЗАТОПЛЯЕМЫХ ТЕРРИТОРИЙ
При сооружении плотин и образовании водохранилищ на
реках довольно часто возникает опасность постоянного или вре-
менного (при паводках) затопления прилегающих к ним город-
ких территорий и промышленных площадок. Временное затоп-
линие происходит также и при естественных разливах рек в
|||'рнод прохождения на них паводков.
Для предупреждения или прекращения затопления терои-
1орий основной мерой защиты является их обвалование дамба-
ми нужной высоты. Иногда в тех же целях может быть, приме-
»♦
— 35 —
нен способ повышения поверхности территорий путем их под-
сыпки или намыва.
Обвалование имеет своей целью не допустить поступления
воды из водохранилищ или подпертых бьефов плотин на за-
щищаемую территорию. Оно применяется также и с целью не-
допущения на защищаемую территорию паводковых вод рек.
В первом случае дамбы обвалования должны быть рассчитаны
на восприятие постоянного напора воды, а во втором — времен-
ного, только на период паводков.
В обоих случаях по внешним границам территории, кото-
рой угрожает постоянное или временное затопление, устраи-
ваются оградительные дамбы.
Схемы расположения дамб могут быть самыми разнообраз-
ными, что зависит от конфигурации защищаемой территории и
рельефа ее поверхности (часто и прилегающих к ней смежных
участков), а также от наличия и характера речек, протекаю-
щих через эту территорию.
При обваловании территорий оградительные дамбы ра-
ботают в условиях, близких к земляным плотинам малого и сред-
него напора, поэтому их проектирование и возведение произво-
дится с соблюдением норм и технических условий на эти соору-
жения.
Во избежание затопления обвалованных территорий поверх-
ностными водами, как выпадающими в виде атмосферных осад-
ков непосредственно на поверхность этих территорий («свои во-
ды»), так и притекающими к ним с вышерасположенных участ-
ков («чужие воды»), должны быть проведены соответствующие
меры по организации и ускорению стока этих вод.
«Чужие .воды» должны быть собраны еще до поступления их
на защищаемую территорию при помощи нагорных канав и сбро-
шены в водохранилище, минуя эту территорию.
«Свои воды» должны быть организованы таким образом, что-
бы их сток был всемерно ускорен, а возможность скопления в
бессточных понижениях рельефа должна быть исключена. Этим
самым предотвращается опасность непосредственного затопле-
ния защищаемой территории своими водами и, кроме того, рез-
ко сокращается инфильтрация этих вод в грунт (т. е., иначе
говоря, уменьшается инфильтрационное питание подземных вод
на самой территории).
Организация стока воды в пределах самой обвалованной
территории достигается при помощи вертикальной ее планиров-
ки и устройства водосточной сети открытого и закрытого типа.
Вертикальная планировка в этом случае заключается в
исправлении и сглаживании микрорельефа защищаемой терри-
тории с приданием ее поверхности определенных уклонов.
По водосточной сети ливневые и талые воды самотеком
отводятся в пониженные места или в специально устраиваемые
водосборники; оттуда при помощи насосной перекачечной стан-
— 36 —
ши и напорных трубопроводов они перебрасываются через
ограцительные дамбы в водохранилище.
Сравнительно редко (например, когда оградительные дам-
пы работают под напором только в период прохождения паво-
1<>ч11ых расходов по реке) представляется возможным осу-
ществить отвод «своих вод» самотеком.
В этом случае должен быть обеспечен нормальный сток
поды по водосточной сети в местные понижения рельефа, их
^держание и последующий сброс (после спада горизонтов Bo-
nd реке) через специальные водопропускные отверстия в огра-
111 тельных дамбах в реку.
Водосточная сеть должна также принимать и организован-
но отводить те фильтрационные воды, которые проникают на
обвалованную территорию и не улавливаются дренажными
< тройствами, например воды/прошедшие через тело и в осно-
h.тии оградительных дамб, в обход этих сооружений в местах
in примыкания к высокому берегу, в местные понижения
рельефа и т. д.
4. ИСКУССТВЕННОЕ ПОВЫШЕНИЕ ТЕРРИТОРИЙ
Искусственное повышение отметок территорий достигается
подсыпкой или намывом грунта на необходимую высоту.
Как мероприятие по защите территорий от затопления и
подтопления способ искусственного повышения их отметок пока
еще не нашел широкого применения в практике.
Последнее обусловлено тем, что это мероприятие:
а) совершенно неприемлемо в условиях застроенных тер-
риторий;
б) в ряде случаев связано с применением искусственных ос-
нований для вновь возводимых на защищаемой территории
щаний и сооружений;
в) является весьма трудоемким и дорогим, а потому может
быть оправдано лишь при высокой интенсивности застройки, на
>авнительно небольших участках.
В настоящее время в связи со значительными успехами,
юстигнутыми в области гидромеханизации (искусственного на-
мыва грунта), несколько расширились возможности искусствен-
ного повышения поверхности территорий в качестве способа их
«ащиты от затопления и подтопления.
Благодаря искусственному повышению незастроенной тер-
ритории иногда представляется возможным не только защитить
со от непосредственного затопления, но также и от подтопле-
ния.
Выбор отметок повышенной территории определяется:
а) положением максимальных горизонтов воды в водохра-
— 37 —
ннлище (или в подпертом бьефе плотины) и высотой волны —
при защите территорий от затопления;
б) положением зеркала подземных вод и глубиной заложе-
ния подземных сооружений и коммуникаций (а иногда и тре-
бованиями общего и санитарного благоустройства) —при за-
щите территории от подтопления.
При проведении работ по повышению отметок поверхности
территорий необходимо обращать особое внимание на то, что-
бы при намыве или подсыпке грунта не были бы нарушены
условия естественного дренирования подземных вод и тем са-
мым не могли быть созданы условия для их искусственного
подпора. Последний может возникнуть, например, в том случае,
когда в пределах повышаемых территорий имеет место выкли-
нивание подземных вод в отдельные местные понижения суще-
ствующего рельефа, а необходимых мер по их дренированию
при намыве или подсыпке грунта не принято. Поэтому во
избежание таких крайне нежелательных явлений должны быть
заранее предусмотрены надежные меры по дренированию грун-
тов, лежащих в основании насыпи и по полному отводу атмо-
сферных и намывных вод с повышаемой территории.
Следует указать еще на один способ, применяемый иногда
при локальной защите подвальных помещений от подтопления
подземными водами, — это поднятие полов в подвалах. Такое
мероприятие вызвано сезонными колебаниями уровней подзем-
ных вод при небольшой величине их подъема над полами под-
валов.
Поднятие полов возможно при условии, если это допустимо
по габаритам подземных сооружений и если к ним не предъяв-
ляется высоких требований в отношении режима влажности.
В подтапливаемый подвал до отметок максимально воз-
можного уровня подземных вод вначале насыпается слой из
крупного фильтрующего материала, а затем (поверх него) на-
стилаются полы. Эффект от применения подобного мероприя-
тия достигается немедленно после его осуществления.
5. ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ сооружений
Гидроизоляция подземных сооружений как средство защиты
их от подтопления подземными водами (или предохранения от
сырости подвальных помещений) применяется в строительстве
достаточно широко.
Водозащитный эффект достигается или путем уплотнения
материала, уложенного в конструкцию самого сооружения с
целью придания ему водонепроницаемости, или же за счет
устройства различных водонепроницаемых покрытий на внеш-
ней или внутренней поверхности защищаемого сооружения.
Практика показывает, что гидроизоляция надежно рабо-
тает только в том случае, если она правильно подобрана и тша-
— 38 —
н’.п.по выполнена. Она вполне оправдывается при расположе-
нии защищаемых сооружений в зоне капиллярного увлажне-
нии грунтов, а также при заложении их хотя бы и ниже уровня
и -1.-‘Мных вод, но при небольшом гидростатическом напоре над
‘чщищаемой поверхностью.
I идроизоляция оправдывает себя также как мероприятие
профилактическое, проводимое во время строительства, при
। ривнительно близком залегании подземных вод от защищае-
мых конструкций (на случай предупреждения их подтопления
при повышении уровня подземных вод в дальнейшем).
Выбор типа гидроизоляции (внутренняя и наружная) про-
и 'Водится с учетом местоположения подземного сооружения,
причины действующего или ожидаемого гидростатического на-
пора подземных вод и их химического состава.
При возведении новых подземных сооружений в условиях
же 'подтопленной территории при небольшой величине гидро-
। .inmecKoro напора над защищаемой поверхностью приме-
няется наружная гидроизоляция.
При расположении подземных сооружений в зоне капил-
1Нрпого увлажнения грунтов гидроизоляция может устран-
иться как по внутренним, так и по наружным поверхностям за-
щищаемых конструкций.
В существующих подземных сооружениях (в подвальных по-
мещениях) может быть применена лишь внутренняя гидроизо-
1НЦИЯ.
6. ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ И УСТРАНЕНИЕ
УТЕЧЕК ИЗ ВОДНЫХ СЕТЕЙ И УЗЛОВ
Вопрос об обеспечении нормальной и безаварийной работы
водопроводных и канализационных сооружений и сетей с точ-
ки зрения возможного подтопления городских территорий и
промышленных площадок имеет большое практическое значение.
Поэтому при осуществлении подобного рода устройств необхо-
HIMO обращать особое внимание на тщательность выполне-
ния специальных строительных норм и условий, а в даль-
нейшем строго соблюдать технические правила по их эксплу-
j гации.
Следует избегать прокладки водопроводных и канализаци-
онных сетей вблизи оползневых склонов во избежание их об-
воднения (при аварийных разрывах труб).
Мероприятия по устранению утечек из водопроводно-кана-
лизационных сооружений и сетей достаточно известны. Эффект
or своевременного и тщательного осуществления этих меропри-
ятии может быть весьма высоким (иногда вплоть до полной
шквидации подтопления).
— 39 —
7. ОРГАНИЗАЦИЯ ОТВАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА
Организация отвального хозяйства на крупных промышлен
них предприятиях и в городах представляет достаточно слож-
ную комплексную задачу, разрешение которой тесно связано как
с технологией производства, так и с общим благоустройством
площадки и ее гидрогеологическими особенностями. Главней
шие требования, которые должны быть предъявлены к скла-
дированию отвалов, сводятся:
к правильному выбору мест складирования отвалов с тем
чтобы последние не нарушали нормальный сток поверхностных
вод и не ухудшали условий естественного дренирования подзем
ных вод;
к устройству искусственного дренажа, исключающего под-
пор подземных вод;
к надлежащему отводу отработанных вод и дренированию
материалов, укладываемых в отвалы гидравлическим способом.
Организация отвального хозяйства должна разрабатывать-
ся одновременно с проектом благоустройства и инженерной
подготовки городских территорий и промышленных площадок.
План складирования отвалов должен быть тесно увязан не
только с технологическим процессом, но также и с общим бла-
гоустройством территории. При этом иногда целесообразно ор-
ганизовать сток поверхностных вод по отдельным участкам, не
связывая водосточную сеть в единую систему.
Складирование отвалов тех или иных отходов производства
должно сопровождаться проведением мероприятий по плани-
ровке их поверхности, а в отдельных случаях — устройством
временной сети открытых водоотводных канав или лотков на
гамих отвалах.
В период эксплуатации промышленных предприятий скла-
дирование необходимо осуществлять по строго установленному
плану с соблюдением специальных мер предосторожности и
профилактики.
На оползневых участках можно допускать складирование
материалов лишь в основании склонов при условии, что они
обладают достаточно высокой водопроницаемостью и не могут
вызвать подпора подземных вод в оползневом массиве.
Складирование любых материалов вблизи бровки склона,
а также в его верхней и средней частях должно быть запрещено
во избежание нарушения устойчивости склона.
8. ПОВЫШЕНИЕ ДРЕНИРУЮЩЕГО ДЕЙСТВИЯ
ВОДОЕМОВ
Искусственным понижением уровня воды в водоемах мож-
но понизить и уровни подземных вод на прибрежной террито-
рии в том случае, если между ними существует достаточно хо
рошая гидравлическая связь.
— 40 —
»го достигается путем расчистки заросших и захламлен-
HI.I русел рек и речек от растительности, топляков, карчей
н । п.; спрямления русел речек, обладающих малыми уклонами;
। чубления дна русел речек и их благоустройства; расчистки
iiipbix русел, выводящих воду из водоемов, и сооружения но-
та i, более заглубленных и благоустроенных каналов; сниже-
Hihi отметок нормально подпертого горизонта воды в водоемах
н подпертых бьефах существующих гидротехнических сооруже-
нии, снижения горизонта воды в небольших прудах и озерах
при помощи механической перекачки из них воды.
и СПЕЦИАЛЬНЫЕ СПОСОБЫ ДРЕНИРОВАНИЯ ГРУНТОВ
К специальным способам дренирования грунтов можно от-
iHTiи: а) вентиляционный дренаж; б) биодренаж; в) вакуум-
1р<*паж; г) электродренаж; д) термодренаж.
Вентиляционный дренаж. Для осушения глинистых грунтов
п южных районах иногда используют испарение влаги, приме-
няя так называемый вентиляционный дренаж. Для этого в ос-
новании защищаемых сооружений (в грунте) укладываются
1рубы из пористого материала, через которые непрерывно
(естественной тягой или принудительно) продувается воздух.
Имеются предложения использовать вентиляционные дренажи
и для усиления аэрации почвогрунтов на участках, занятых дре-
весными насаждениями с рядовой посадкой на городских и про-
мышленных территориях со сплошным асфальтовым покрытием,
и котором оставляемые под отдельные деревья проемы (поса-
шчпые площадки) недостаточны для нормального развития де-
ревьев.
В этом случае вентиляционный дренаж должен способство-
вав развитию корневой системы деревьев и за пределами
оставленных проемов.
Эффективность вентиляционного дренажа будет тем выше,
чем больше скорость воздуха в трубах и температура его; одна-
hi» для каждого грунта должна существовать такая оптималь-
ная скорость движения воздуха, при превышении которой эф-
фективность дренажа уже не будет возрастать.
Вентиляционные дренажи обынно являются профилактиче-
скими устройствами, которые закладываются одновременно с
осуществлением защищаемых сооружений на тот случай, если
в процессе эксплуатации будет обнаружено повышение влаж-
ности грунтов и возникнет опасность их обводнения.
Биодренаж. Древесные насаждения обладают транспири-
рующей способностью, которая особенно велика в южных и
юго-восточных районах Европейской части Союза, в Закавказье,
Средней Азии и некоторых районах Западной Сибири. Эта
способность может быть использована в известной мере также
— 41 —
и для дренирования городских и промышленных территорий —
так называемый биодренаж.
Для этого по границам подлежащих дренированию или
защите от подтопления участков закладываются древесные по-
лосы того или иного состава и ширины. Эти полосы«, располо-
женные на участках высокого залегания подземных вод, спо-
собны во многих случаях понизить их уровень, а при заложе-
нии древесных полос вдоль каналов и водохранилищ — пере-
хватить фильтрационные потоки из этих устройств (после их
заполнения водой) и предохранить тем самым ограждаемые
участки от повышения уровня подземных вод.
Ширина древесных полос, предназначаемых для дрениро-
вания территорий или участков, определяется климатическими
и почвенными условиями района их заложения, составом наса-
ждений и их густотой. При проектировании биодренажа задача
сводится к установлению количества подземных или фильтраци-
онных вод, подлежащих транспирации древесными полосами
для того, чтобы понизить уровень подземных вод на необходи-
мую величину или предотвратить повышение этого уровня при
устройстве водохранилищ и каналов.
Вакуум-дренаж может найти применение в качестве вре-
менного (на период строительства) средства водопонижения
при вскрытии котлованов в водонасыщенных мелкозернистых
грунтах в тех случаях, когда обычный дренаж уже не дает тре-
буемого эффекта (грунты, обладающие коэффициентом фильт-
рации от 0,5 до 0,01 м1 сутки).
Вакуум-дренаж осуществляется при помощи легких игло-
фильтровых установок, снабженных специальными насосными
агрегатами (обычные насосы в комбинации с вакуум-насосами),
и эжекторных иглофильтров.
Электродренаж. В грунтах еще более глинистых, обладаю-
щих ничтожно малой водопроницаемостью (при коэффициенте
фильтрации меньше 0,01 м/сутки), где даже наложение вакуума
не может дать необходимого дренирующего эффекта, в строи-
тельной практике начинают применять электродренаж. Такой
дренаж основан на электроосмотическом воздействии электриче-
ского тока на процессы фильтрации воды в грунтах. При про-
пускании через грунты электрического тока вода, содержащаяся
в них, испытывает воздействие дополнительных сил; при этом
положительный заряд, которым она обладает, определяет дви-
жение воды к отрицательному электроду—катоду.
При длительном воздействии электрического тока на грунт
в нем, кроме электроосмотических явлений, происходят реакции
обмена и такие процессы, в результате которых глинистый
грунт приобретает значительно большую прочность по сравне-
нию с первоначальной.
Практически электродренаж осуществляется следующим
•образом: в массив глинистого грунта, подлежащего осушению,
— 42 —
i»ip жается ряд металлических электродов-труб; при этом элек-
|рическая схема принимается в виде линейной системы с чере-
Лчдлпнем электродов разных знаков.
При пропускании через такую систему постоянного тока на-
•I пчдается движение воды, содержащейся в глинистом грунте,
| направлении от положительных электродов к отрицательным.
II качестве электродов обычно используются трубы иглофильт-
। пн Для анодов иногда забивается ряд труб.
Расстояния между электродами не должны быть большими,
1 iK как степень обезвоживания грунта на участке между элект-
родами непостоянна (наибольшая у анода и минимальная у ка-
। ода).
Длительность процесса перемещения воды, от анода к като-
iy ограничена временем, потребным для полного осушения зо-
ны у анода (которому способствует также нагрев грунта у ano-
п.i), после чего приток воды к катоду резко сокращается и эф-
ф< ктизность дальнейшего воздействия тока для обезвоживания
рунта сводится к нулю. Поэтому при больших расстояниях
между электродами итоговое уменьшение влажности в зоне
между ними может оказаться недостаточным. Исходя из этого
расстояние между электродами не рекомендуется принимать бо-
1,5—2 м.
Электродренаж может быть рекомендован как временное
.Мероприятие при проходке котлованов в обводненных глинистых
или илистых грунтах. Необходимость в его эксплуатации обыч-
но отпадает после окончания строительных работ и устройства
(при необходимости) обычного типа дренажей постоянного дей-
1ВИЯ.
Электродренаж может найти применение при укреплении
июлзневых склонов и откосов.
Термодренаж (или обжиг грунтов) нашел успешное приме-
нение при укреплении откосов котлованов, сложенных неустой-
чивыми однородными глинистыми грунтами. Этот способ состоит
и том, что грунты нагреваются до температуры обжига, в резуль-
ыте чего глина обезвоживается, уплотняется, теряет способ-
ность поглощать в значительных количествах воду и разбухать,
приобретая благодаря этому большую прочность.
Обжиг осуществляется из специально устраиваемых в отко-
ах траншей-прорезей, в которые послойно засыпается топливо
И грунт, а затем под прикрытием грунта производится медленное
сжигание юплива. В процессе обжига стенка грунта в прорези
клинкеризуется, а грунт между траншеями на некотором протя-
жении обезвоживается.
Положительные свойства этого способа заключаются в том,
чго в толще массива создаются полосы обожженного грунта,
обладающего повышенной механической прочностью, а между
ними — обезвоженное (осушенное) пространство: причем такое
— 43 —
осушение происходит в значительной мере за счет отбора из гли-
нистого грунта связанной с ним воды.
Существует и другой термический способ осушения глини-
стого грунта, заключающийся в том, что в грунт укладываются
трубы, по которым пропускаются горячие газы; при этом проис-
ходит испарение воды и освобождение от нее грунта, что также
приводит к увеличению его прочности.
Г лае а III
КЛАССИФИКАЦИЯ И КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ
ДРЕНАЖЕЙ
1. ПОДЗЕМНЫЙ ДРЕНАЖ В ПРОМЫШЛЕННОМ
И ГОРОДСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ОСНОВНЫЕ
ТРЕБОВАНИЯ К НЕМУ
Слово «дренаж» происходит от английскго глагола «to
drain» — т. е. «отводить», что достаточно хорошо соответству-
। самому существу работы дренажных устройств, выполняющих
Функцию отвода (осушения) подземных вод из водоносной
гол щи по вновь создаваемым искусственным подземным путям.
Для этого в водоносном пласте прокладываются «каналы-
осушители» или «дрены» непосредственно отбирающие (осуша-
ющие) воду из грунта и подводящие ее к различного рода про-
подящим (транспортирующим) устройствам, служащим для
• ыстрого вывода дренажных вод в естественные (реки, озера,
шраги, моря и т. п.) или искусственные (каналы, пруды, во-
шхранилиша, приемные резервуары и т. д.) водоприемники.
Таким образом, подземные дренажи представляют собой
особого рода подземные сооружения, позволяющие осущест-
влять искусственное понижение уровня подземных вод (осуше-
ние водоносного пласта) на участках с повышенным его поло-
жением в течение длительного времени (десятки лет). В ряде
глучаев тот же эффект может быть достигнут перехватом под-
омных вод подземным дренажем, проложенным по верхней и
нижней (по потоку) границам дренируемой территории.
Подземные дренажи имеют своим назначением или улуч-
шение общесанитарных, агротехнических и строительных усло-
пий на промышленных площадках и городских территориях,
характеризующихся неблагоприятным (повышением) уровнем
— 45 —
ini I «'мних в ,д, или для ицциты от подтопления расположенных
h i их территориях подземных сооружений и коммуникаций.
Основное требование, предъявляемое к подземным дрена-
жам при промышленном и городском строительстве состоит в
том, чтобы пониженный в результате их действия уровень под-
земных вод располагался не выше определенной глубины, от по-
верхности земли, т. е., иначе говоря, чтобы была выдержана
так называемая «норма осушения».
Исходя из общесанитарных требований глубина залегания
подземных вод в условиях промышленной и городской застрой-
ки должна быть не менее 1,5 м от поверхности земли; эта глу-
бина обычно отвечает и требованиям предупреждения пучения
пылеватых и глинистых грунтов, служащих естественным осно-
ванием для дорожных покрытий городских улиц и заводских
проездов.
Для нормального развития и существования различных
древесных и кустарниковых пород также необходимо, чтобы
уровень подземных вод не залегал бы выше определенной глу-
бины, так как в противном случае им угрожает гибель от вы-
мокания. Эта глубина различна для разных пород; например,
для тополя она составляет примерно 0,4 м, для сосны около 1 м,
для фруктовых деревьев от 1 до 1,5 м и более, для березы
1,5 м и т. д., что не выходит обычно за пределы «нормы осуше-
ния», назначаемой по санитарным требованиям.
Основными видами подземных сооружений и коммуника-
ций в городах и на промышленных предприятиях, нуждающихся
в защите от подтопления подземными водами с помощью под-
земного дренажа, являются фундаменты и подвалы зданий, тун-
нели и подземные галереи, теплофикационные каналы и т. п.
Для обеспечения защиты указанных сооружений от подтоп-
ления необходимо, чтобы пониженный уровень подземных вод
располагался ниже их оснований не менее чем на 0,5 м.
Учитывая реальные глубины, залегания подземных соору-
жений, среднее значение «нормы осушения» для городов с мно-
гоэтажной застройкой и крупных промышленных предприятий
практически можно принимать равным 3—3,5 м, а для неболь-
ших городов и поселков (при отсутствии подвалов и глубоких
фундаментов) — 1,5 м.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОДЗЕМНЫХ ДРЕНАЖЕЙ
В основу классифакации подземных дренажей могут быть
положены следующие основные признаки:
а) назначение или характер использования дренажных уст-
ройств;
б) их конструктивные особенности;
в) расположение дренажей в плане;
г) степень их гидродинамического несовершенства.
— 46 —
Назначение подземных дренажей. Все подземные дренажи
пи своему целевому назначению могут быть разделены на сле-
|\1<»шие группы:
промышленный и городской дренажи предназначены для
i in тельного понижения уровня подземных вод на территориях
пн ствующих или вновь застраиваемых промышленных пред-
|||цятий, городов и других населенных пунктов в целях пред-
। вращения или борьбы с подтоплением ими подземных соору-
*<ннй и коммуникаций, садово-парковых насаждений и т. д.
в Di же улучшения строительных свойств обводненных грунтов,
•ллегающих в основании сооружений;
сельскохозяйственный дренаж проводится в целях осуше-
ния почвогрунтов на площадях, занятых сельскохозяйственны-
ми и лесными культурами;
строительный дренаж (чаще всего это строительное водо-
понижение) осуществляется для временного (на период строи-
и-льства) понижения уровня подземных вод на отдельных
. частках стрительства;
противооползневый дренаж предназначается или для осуше-
ния оползневых массивов или же для понижения уровня подзем-
ных вод в оползневых склонах с целью повышения их устойчи-
вости и предотвращения оползневых деформаций;
горный дренаж имеет своим назначением перехват подзем-
ных вод, понижение их уровня (напора) или же осушение об-
едненных пород, лежащих в кровле и в почве продуктивного
пласта, в целях предотвращения нарушения их устойчивости и
образования прорывов воды и пород;
дорожный (для авто- и железных дорог) дренаж предназна-
чается для понижения уровня подземных вод в основании дорог
или же для осушения тела дорожного полотна (если оно прохо-
1ит в насыпи), во избежание нарушения их устойчивости и
предотвращения пучения глинистых и пылеватых грунтов при
их промерзании;
аэродромный дренаж осуществляется при осушении грун-
|<>в-оснований летных полей аэродромов для улучшения их
строительных свойств и предотвращения выпучивания глини-
• гых и пылеватых грунтов при их промерзании.
В дальнейшем будут рассмотрены главным образом про-
мышленные и городские дренажи и лишь отчасти строительные,
противооползневые. Что же касается сельскохозяйственного,
Iирного, дорожного и аэродромного дренажей, то их в данной
работе мы совершенно не будем касаться.
Конструктивные особенности подземных дренажей. В за-
висимости от конструктивных особенностей дренажных уст-
ройств, предназначаемых для захвата (каптажа) дренажных
иод, можно выделить следующие типы подземных дренажей,
применяемых в промышленном и городском строительстве: го-
— 47 —
ризонтальные, вертикальные, комбинированные и специального
типа.
Расположение подземных дренажей в плане. В зависимо-
сти от схем расположения дренажных устройств в плане по
отношению к защищаемой территории и к источникам поступ-
ления к ним дренажных вод можно выделить следующие сис-
темы подземных дренажей, применяемых в промышленном и
городском строительстве: однолинейная (головная или берего-
вая дрена), двухлинейная (часто комбинированное действие
головной и береговой дрен), кольцевая (контурная), площадная
(систематический дренаж), смешанная (наряду с устройством
искусственных дренажей используются также и естественные
дрены).
Дренажи, применяемые с противооползневыми целями, мо-
гут быть сведены в следующие системы: откосные и внеоткос-
ные.
Гидродинамическое несовершенство подземных дренажей.
По степени гидродинамического несовершенства (т. е. по ха-
рактеру вскрытия дренируемого водоносного пласта) различа-
ют дренажи совершенного и несовершенного типа.
Горизонтальные дренажи совершенного типа полностью
вскрывают водоносные пласты и своим основанием доходят до
водоупора; горизонтальные несовершенного типа вскрывают
этот пласт лишь частично и не доходят своим основанием до
водоупора.
Вертикальные дренажи могут быть как совершенными
(т. е. полностью прорезать водоносный пласт и доходить своим
забоем до водоупора), так и несовершенными (т. е. прорезать
этот пласт лишь частично).
В комбинированных дренажах горизонтальные элементы
обычно работают как несовершенные дрены, а вертикальные—
как совершенные.
3. КОНСТРУКЦИИ ПОДЗЕМНЫХ ДРЕНАЖЕЙ И ИХ
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ1
Горизонтальные дренажи
Горизонтальные дренажи могут быть разбиты на откры-
тые дрены — канавы и лотки; закрытые дрены; трубчатые
дрены; галерейные дрены; пристенные дрены; пластовые дре-
ны; дрены, совмещенные с водостоками.
Открытые канавы представляют собой простейший тип
дренажа и редко применяются в условиях промышленной и го-
1 В данном разделе, помимо опубликованных работ, использованы также
и неопубликованные материалы; в частности, типовые проекты дренажей
«Дормостпроекта», «Гипрокоммундортранса».
— 48 —
ридской застройки, так как создают ряд существенных не-
. к>бств (потерю полезных площадей, необходимость устройст-
। большого количества переходов, ежегодные затраты на
•чистку и т. д.). Устройство открытых канав может быть допу-
цсно главным образом в пригородных зонах, на участках с
|Дноэтажной застройкой (без подвалов), при небольшой их
глубине (до 1,5 м, реже более) и наличии благоприятных грун-
говых условий (в отношении устойчивости откосов канав от
щлывания).
Открытые канавы в этом случае одновременно служат и
щи организованного отвода поверхностных вод с дренируемой
крритории. Минимальная ширина канав по дну обычно при-
нимается от 0,2 до 0,4 м; заложение откосов — в зависимости
т их глубины и характера вскрываемых грунтов.
Дно и откосы канав во избежание размыва и обрушения
• •бычно укрепляются одиночным мощением или бетонными
«питами на песчано-гравийной подготовке.
Лотки применимы для тех же условий и целей, что и ка-
навы, но глубина их может быть увеличена до 2—3 м.
Ширина лотков назначается конструктивно исходя из ус-
ншнй производства работ (обычно 0,8—1 л:).
В практике находят применение деревянные лотки свай-
ного и рамного типов, рамные конструкции из сборного желе-
зобетона, реже конструкции из каменной или кирпичной
кладки.
Закрытые дрены представляют собой траншеи, сплошь за-
полненные фильтрующим материалом (хворостом, жердями,
фашинами или каменной наброской с песчано-гравийным об-
ратным фильтром). Применение такого рода устройств в ус-
1ПВИЯХ города или промышленной площадки весьма ограниче-
но, так как они мало надежны в эксплуатации (быстро рас-
траиваются, засоряются и перестают работать).
Трубчатые дрены в конструктивном отношении отличают-
я от закрытых дрен только тем, что внизу траншеи, также за-
полненной фильтрующим материалом, для свободного стока
тренажных вод укладываются трубы. Здесь назначение фили-
рующего заполнения ограничивается отбором воды из дрени-
руемого водоносного пласта, тогда как в закрытых дренах (со
плошным заполнением без труб) оно служит также и для
пропуска воды. Это разделение функций между отдельными
элементами трубчатого дренажа составляет огромное его до-
стоинство, так как позволяет придавать ему малые уклоны,
•беспечивает непрерывный сток воде, предупреждает засоре-
ние весьма ответственного элемента дренажа — его сточной
масти и чрезвычайно облегчает осмотр и прочистку труб. Бла-
годаря этим достоинствам трубчатым дренам можно прида-
вать значительную длину.
4 Зак. 7(Р
— 49 —
В городском и промышленном строительстве этот тип дре-
нажа находит наиболее широкое применение. Срок службы
трубчатых дрен часто достигает многих десятилетий.
Форма и размеры траншей для трубчатого дренажа опре-
деляются главным образом условиями производства работ по
их прорытию и конструктивными особенностями дренажа. Ди-
аметры же труб подбираются на основании гидравлического
расчета; при этом исходя из эксплуатационных условий
(обеспечения их прочистки) диаметр труб менее 150 мм обычно
не назначается.
В трубчатых дренах используются гончарные, керамико-
вые, бетонные, асбестоцементные и деревянные трубы; в усло-
виях городской застройки наибольшее применение находят ас-
бестоцементные безнапорные трубы (ГОСТ 1839-48—рис. 20),
а при наличии агрессивных подземных вод — керамиковые
канализационные трубы (ГОСТ 286-54 — рис. 21).
Применение деревянных труб (рис. 22) может быть оправ-
дано лишь при дренировании торфяных почвогрунтов, где они
благодаря антисептическим свойствам торфа могут сохранять-
ся (не сгнивать) в течение длительного срока.
Бетонные трубы можно применять только в неагрессив-
ных подземных водах; при этом для их изготовления следует
применять стойкие сорта цементов.
Для приема дренажных вод трубы должны иметь водопри-
емные отверстия. В асбестоцементных трубах такие отверстия
устраиваются в виде пропилов, расположенных в средней тре-
ти трубы в шахматном порядке с обеих ее сторон. Длина про-
пила принимается равной одной трети диаметра трубы, их
ширина подбирается расчетом (см. ниже), чаще всего состав-
ляет 3—5 мм; расстояние между пропилами — от 25 до 50 см
с каждой стороны.
Возможно также устройство и круглых водоприемных
отверстий, просверливаемых с обеих сторон трубы в шахмат-
ном порядке на расстоянии 10—15 см друг от друга; диаметр
отверстий также подбирается расчетом (см. ниже), чаще все-
го составляет 10 мм.
Асбестоцементные трубы соединяются между собой асбес-
тоцементными муфтами, а при их отсутствии стыки между от-
дельными звеньями труб заделываются цементным раствором.
В керамических трубах в качестве водоприемных отвер-
стий используется верхняя, не заделанная часть раструба;
при этом трубы укладываются с зазором 10—20 мм, а нижняя
часть раструба заделывается на одну треть диаметра трубы
асфальтовой мастикой.
В деревянных трубах в качестве водоприемных отверстий
служат щели, специально оставляемые в конструкции.
Для образования водоприемных отверстий в бетонных
трубах при их изготовлении закладываются конические проб-
— 50 —
Рис. 20. Асбестоцементные трубы (ГОСТ 1839-48)
а — со щелями; б —с круглыми отверстиями; 1 — просмоленная пакля; 2 — муфта;
Я— раствор цемента; 4— прорези в шахматном порядке; 5 — решение стыка без
муфт; 6—муфта из цементного раствора; 7 — отверстия диаметром 10 мм в шахмат-
ном порядке
мастика
Рис. 21. Керамиковые трубы (ГОСТ 286-54)'
а — продольный разрез; б — поперечный разрез
Рис. 22. Деревянные трубы
и - продольный разрез; б — поперечный разрез; 1 — водоприем-
ные щели (2=3 иж); 2 — фанерные прокладки; 3- гвозди;
4 — доски ( 2 _ 25 иж)
— 51 —
ки, обернутые масляной бумагой, которые после укладки труб
На место легко выбиваются.
В последние годы появились предложения устраивать дре-
ны с трубами из фильтрующего (пористого) бетона взамен
обычной трубы с дренирующей обсыпкой из гравия и щебня
Эти предложения, несомненно, заслуживают внимания, так
как значительно упрощают производство работ по устройству
дренажей. ОднЯко рецептура подбора и составления инерт-
ных и связующих материалов для таких труб пока недоста-
точно разработана. Поэтому нужны дальнейшие испытания
труб из пористого бетона как в лабопаторных, так и натурных
условиях.
Рис. 23. Трубчатый дренаж совершенного типа с трехслойной
обсыпкой
а — траншея в креплениях; б — траншея в откосах; 1 — щебень, втрам
бованный в грунт; 2 — щебень средней крупности; 3 — гравий средней
крупности или мелкий щебень; 4 — песок крупнозернистый; 5 — песок
греднезернисты$; 6 — местный грунт; 7 — муфта; 8 — труба асбестоне
ментная
Материалы, предназначаемые для дренажных (фильтрую-
щих) обсыпок, должны удовлетвррять требованиям прочности
и морозостойкости.
— 52 —
Гравий и щебень изверженных пород (граниты, сиениты,
книриты, габбро, порфиры, липариты, базальты, диабазы
и т. п.) с удельным весом 2,3—2,7 т1м3 или же особо прочные
разности осадочных пород (кремнистые известняки и хорошо
t цементированные, невыветрившиеся песчаники) с удельным
несом 2—2,4 т1м3 при временном сопротивлении на сжатие не
менее 600 кг/см2 являются пригодными для внутренних слоев
бсыпки.
Для наружных слоев обсыпки пригодны природные пески,
являющиеся продуктами выветривания изверженных пород.
Конструктивные формы дренажных обсыпок и их размеры
•«висят от принятого способа разработки траншей, в которые
они укладываются. Траншеи под трубчатые дрены в зависи-
мости от характера застройки территории могут разрабаты-
ваться или в креплениях (с вертикальными стенками) или же
и откосах. Необходимость в применении креплений возникает
Рис. 24. Трубчатый дренаж несовершенного типа с трехслой-
ной обсыпкой
а — траншея в креплениях; б — траншея в откосах; / — гравий среднен
крупности или мелкий щебень; 2 — песок крупнозернистый; 3 — песок
среднезернистый; 4 — местный грунт; 5 — муфта; 6 труба асбестоце-
ментная
— 53 —
при дренировании уже застроенных территорий, когда нет воз-
можности развивать ширину траншей по верху без нарушения
застройки и' коммуникаций. Недостатком такого способа про-
изводства работ является: ограниченность в механизации зем-
ляных работ, необходимость применения дефицитных материа-
лов для крепления и трудоемкость его установки в траншеях.
При разработке траншей в откосах возможна широкая
механизация земляных работ и отпадает необходимость при-
менения крепления, но при этом объем земляных работ резко
возрастает.
На рис. 23 и 24 показаны конструкции трубчатых дрен
при разработке траншей как в креплениях, так и в откосах.
При комбинированных траншеях (верх в откосах, низ в
креплении) конструкции трубчатых дрен те же, что и в тран-
шеях с креплением.
Рис. 25. Деревянные стеллажи
под дренажные трубы
1 — щит на шпонках; 2 — подушка
из брусьев, 3 тр\ба дренажная
Рис. 26. Свайный ростверк под
дренажные трубы
! насадка; 2 шпонка; .7— тру-
ба дренажная; 4 — щит иа шпон-
ках. 5 — свая деревянные, d — [6 см
Дренажи должны укладываться в осушенные грунты, для
чего в песчаных применяется строительное водопнижениё иг-
лофильтрами.
Трубы несовершенных дрен укладываются на дренажную
обсыпку (см. рис. 24) а совершенных — на щебень, втрамбо-
ванный в грунт и слой песка (см. рис. 23). В неустойчивых
грунтах при укладке тяжелых дренажных труб, работающих
как несовершенные дрены, иногда применяют стеллажи обыч-
ные деревянные (рис. 25) или на свайных ростверках
— 54 —
(рис. 26) или же искусственные бетонные основания (по-
душки).
Дренажным обсыпкам, укладываемым в трашеи с крепле-
нием с целью максимального сокращения их ширины, придают
прямоугольную форму, при этом для разделения отдельных
слоев обсыпки применяются инвентарные щиты (рис. 27).
Для трубчатых дрен совершенного типа в целях умень-
шения объема фильтрующего материала, укладываемого в
дренажные обсыпки, и удобства производства работ откосные
траншеи разрабатываются с уступами в нижней части. Дре-
I «зжные обсыпки в откосных траншеях насыпаются без приме-
нения инвентарных щитов с откосами 1:1.
При слоистом строении дренируемого водоносного пласта
часть траншеи над дренажем (над верхом дренирующей об-
сыпки) засыпается среднезернистым песком на 30 см выше
уровня подземных вод. При однородном строении дренируемых
грунтов траншея (выше верха обсыпки) засыпается средне-
Рис. 27. Схема производства работ по устройству трубчатого дрена-
жа в траншее с инвентарными щитами
а — продольный разрез, б поперечные разрезы по этапам производства работ
— 55 —
зернистым песком на высоту 0,6—$,1Н (где Н — высота тран-
шеи, считая от ее дна до уровня подземных вод), но не менее
15 см над верхом дренирующей обсыпки.
Галерейные дрены бывают деревянные, каменные или бе-
тонные. От поверхности земли они отделяются искусственной
засыпкой (при открытом способе производства работ) или тол-
щей грунтов, залегающих в естественном состоянии (при под-
земном способе производства работ), через которую человек
может свободно пройти (галереи «проходного сечения») или
же проползти (галереи «полупроходного сечения»).
В настоящее время применяются дренажные галереи с
различной формой поперечного сечения: прямоугольной, круг-
лой и овоидальной (рис. 28).
Рис. 28. Дренажные железобетонные галереи с различ-
ными формами поперечного сечения
а — прямоугольной; б —круглой; в — овоидальной; 1 — галерея;
2 — водоприемные отверстия; 3 — дренажная обсыпка; 4 — во-
доотводный лоток
Высоту проходных галерей обычно принимают в пределах
1,6—1,8 м, а полупроходных — от 0,9 до 1,2 м.
Конструкция галереи в значительной мере зависит от спо-
соба производства работ по ее сооружению.
Рис 29. Галерейный дренаж при
штольневой проходке
а — круглого сечения; б — овоидального се-
чения; 1—крепление штольни; 2— фильт-
рующая обсыпка; 3 — галерея
При открытом (траншейном) способе производства работ
дренажная обсыпка укладывается так же, как и в трубчатой
дрене.
— 56 —
При подземной проходке галереи находят применение сле-
дующие способы: штольневый, щитовой и продавливание.
При штольневом способе проходка производится вручную
или с применением отбойных молотков (в скальных или полу-
скальных породах) под защитой временного деревянного
крепления (рис. 29). Постоянная обделка галереи (обычно из
сборного железобетона) осуществляется под защитой времен-
ного крепления. Его габариты должны быть приняты такими,
чтобы иметь возможность выполнить постоянную обделку.
I Питов а я проходка более совершенна по сравнению со
штольневой; щит служит здесь передвижной крепью, под за-
щитой которого производится как выемка грунта, так и уклад-
ка сборных (обычно железобетонных) элементов постоянной
обделки галереи.
При продавливании галерея устраивается из отдельных
железобетонных элементов длиной 1—2 м прямоугольного или
круглого сечения.
Рис. 30. Бетонные галереи овоидальной формы
а—с решетками; б— с козырьками; / — гравий; 2— щебень; 3 — дощатое ос-
нование; 4 — железобетонная труба; 5 — крупнозернистый песок; 6 — гравий;
7 — щебенка
Общим недостатком дренажных галерей, устраиваемых
подземным способом, является невозможность большого раз-
вития поверхностей дренажных обсыпок. Поэтому они могут
дренировать только тот водоносный слой, в котором галерея
прокладывается или с которым она соприкасается. При про-
кладке дренажных галерей щитовым способом или методом
продавливания большие трудности возникают при устройстве
водоприемных отверстий и укладке дренажных обсыпок.
Для образования водоприемных отверстий в железобетон-
ных элементах обделки галерей в них укладываются при бето-
нировании деревянные конические пробки, обернутые промас-
ленной бумагой. В ряде случаев в тех же элементах при их бе-
тонировании оставляются специальные окна, которые заполня-
ются фильтрующим материалом и прикрываются, кроме того,
решеткой (рис. 30, а) или устраиваются специальные ниши
снабженные козырьками (рис. 30, б).
— 57 —
В городском и промышленном строительстве галерейные
дрены применяются сравнительно редко, главным образом
там, где требуется особо тщательный надзор за их работой.
Галерейные дрены, устраиваемые подземным способом, прихо
дится применять на участках, где по условиям застройки
расположения коммуникаций или уличного движения не пред-
ставляется возможности осуществить открытую проходку тран-
шей для галерейного или трубчатого дренажа.
Пристенные дрены применяются при неглубинном залега-
нии водоупоров и слоистом строении водоносного пласта; они
располагаются с наружной стороны фундаментов зданий. В
Рис. 31. Пристенный дренаж
/ — песок среднезернистый: 2—местный грунт.
< песок крупнозернистый; -f гравий средней
крупности или мелкий щебень; 5 — глинобетон.
6—щебень втрамбованный в гр^нт; 7 — обмазоч-
ная изоляция
этих условиях пазухи котлованов в случае недостаточно плот-
ной обработкой засыпки часто являются местом скопления
воды. Устройство пристенных дрен предохраняет подтопление
подвалов.
Пристенный дренаж для случая разработки котлована в
откосах показан на рис. 31; при разработке же котлована с
креплением несколько изменяются лишь контуры засыпки его
среднезернистым песком.
Пластовые дрены применяются для защиты подвалов от-
дельных зданий и коммуникаций при наличии под ними срав-
нительно мощного водоносного пласта (т. е. когда дно котло-
вана не достигает водоупора и под ним лежат водоносные
— 58 —
грунты). Пластовые дрены также устраиваются одновременно
с проведением работ по строительству самих защищаемых со
оружений. Дрены довольно просты и надежны при эксплуа-
тации, а их дренирующий эффект весьма высок. Применение
пластовых дрен особенно эффективно в слабопроницаемых
грунтах, где линейные дренажи (например, трубчатого типа)
часто не дают положительных результатов, а также при нали-
чии в этих грунтах маломощных хорошо проницаемых просло-
ек и линз. Пластовые дрены дают возможность предохранять
защищаемые конструкции не только от гравитационной воды,
но также и от капиллярной (укладка гравелистого слоя в дре-
нажной постели пластового дренажа обеспечивает разрыв во-
1Ы в капиллярах).
Примерные значения высоты капиллярного поднятия в раз-
шчных грунтах приводятся в табл. 1.
Таблица 1
Грунты Высота капил- лярного под- нятия в см Грунты Высота капил- лярного под- нятия в см
Песок: крупнозернистый среднезернистый мелкозернистый 2—3,5 12—35 35—120 Супесь Суглинок Глина легкая 120—350 350—650 650—1 200
Конструкции пластовых дрен весьма разнообразны. На
рис. 32 показана конструкция пластового дренажа, предназна-
чаемого для защиты от подтопления подвала здания. После от-
рывки котлована под это сооружение .в его основании укладыва-
ют слои из крупнозернистого песка и гравия; подобные же слои
засыпают и за стенки сооружения (по откосу котлована). По
внутренним контурам сооружения в подстилающем грунте устра-
иваются небольшие канавки, в которые часто укладываются дре- .
нажные трубы небольшого диаметра, снабженные обратным
фильтром с уклоном в сторону водоприемника. Вода, отбираемая
дренирующим слоем из грунта, поступает далее в трубы и от-
Рис. 32. Пластовый дренаж под подвалом здания
/ —трхба чугунная, rf=0 1 2 — пристенный дренаж. 3 - песок крупнозернистый;
4 — гравий или щебень
— 59 —
водится в водоприемник. В качестве водоприемника для такого
дренажа может служить водосточная сеть; иногда для этого тре-
буется принудительный отвод воды (перекачка). Соединение под-
польного пластового дренажа с пристенным может быть осуще-
ствлено при помощи чугунных труб, заполненных гравием или
щебнем и пересекающих фундаменты.
В случае устройства фундаментов из отдельных колонн со-
единение подпольного пластового дренажа с пристенным иногда
осуществляется (непосредственно через дренирующие обсыпки,
т. е. без укладки труб.
На рис. 33 приведена конструкция пластового дренажа,
предназначаемого для защиты от подтопления подземной гале-
реи.
На рис. 34 показана конструкция пластового дренажа,
предназначаемая для защиты закрытого канала теплопровода.
В данном случае трубчатая дрена расположена сбоку, а для
усиления ее эффекта в основании канала укладывается слой
крупнозернистого песка и гравия с выходами в трубчатую дрену.
По боковой трубчатой дрене устраиваются смотровые
колодцы; исходя из этого минимальное растояние трубчатой
дрены от наружной стенки канала принимается равным 70 см.
Пластовые дренажи могут применяться также и для дрени-
рования основания полотна проезжей части городских улиц. Это
бывает необходимо в тех случаях, когда в основании улиц зале-
гают пылеватые пески или суглинки и супеси, склонные при про-
мерзании к пучению, которое приводит к деформации полотна
проезжей части улицы. В этом случае вдоль улицы, сбоку от
проезжей части, прикладывается трубчатый дренаж, а под са-
мой проезжей частью—дренирующие слои (рис. 35). Водопри-
емником для такого дренажа обычно служит водосточная сеть.
Дренаж пластового типа находит также применение и при
дренировании переувлажненных оснований трамвайных путей,
когда они сложены из глинистых грунтов, способных под нагруз-
кой деформироваться и выжимать различный грунт в
межшпальное пространство, образуя балластные корыта, в ко-
торых скапливается вода. От этого происходят перекосы и осад-
ка .путей, а в зимнее время — пучение грунта. Во избежание это-
го проводятся мероприятия по отводу поверхностных вод, а так-
же устраивается пластовый дренаж в виде трубчатой дрены
прокладываемой между путями, и дренирующих слоев под пу-
тями. Вода от путей самотеком отводится в водосточную сеть.
Дрены, совмещенные с водостоками. Различают дрены, сов-
мещенные с водостоками в общих траншеях, и дренирующие
устройства, проводимые над самими водостоками.
Совмещенная прокладка в общей траншее сокращает объем
земляных работ. При глубине дренажа, меньшей чем глубина до
верха трубы водостока, дренаж располагается над водостоком
(рис. 36). В этом случае дренаж работает короткими участками
— 60 —
Рис. 33. Пластовый дре-
наж под подземной гале-
реей
1 — песок среднезериистый;
> — гравий или щебень; 3 —
1всок крупнозернистый; 4 —
шток коллектора; 5 — труба
асбестоцементная
Рис. 34 Пластовый дренаж
под каналом теплопровода
/ — дренаж, 2 — песок среднезерни
стый; 3 — песок крупнозернистый
4— гравий или щебень
Рис. 35. Пластовый дренаж под проезжей частью улицы
I — продольный дренаж. 2 — бетонные брусья; 3 — литой асфальт 3 см.
щебень 13 см. песок 10 см; 4 — асфальтобетон 4.5 см. бетон М170
18 см. песок 3,5 еле
— 61 —
с выпусками в каждый смотровой колодец водосточного коллек-
тора; при этом специальных смотровых колодцев для дренажа
не устраивается.
При глубине большей, чем глубина до верха трубы водо-
стока, дренаж располагается рядом с водостоком (рис. 37). Рас-
стояние между осью дренажа и наружной стенкой водостока
исходя из условия размещения смотровых колодцев принимает-
ся не 'менее 70 см. Выпуск из дренажей в водосток должен
Рис. 36. Дренаж в одной траншее над
водостоком
/ местный гр>нт. 2— песок ереднезернистый:
3 — песок крупнозернистый; 4 гравий сред-
ней крупности или мелкий щебень
располагаться выше расчетного горизонта его наполнения лив-
невыми водами; при необходимости же расположить этот выпуск
ниже этого горизонта следует оборудовать его обратным клапа-
ном, который позволяет отключать дренаж во время прохожде-
ния особо интенсивных ливней по водостоку.
Дренажные устройства на самих водостоках применяются
для приема подземных вод типа .верховодки с ограниченным
распространением по площади; они представляют собой органи-
зованный выпуск этих вод из засыпанной траншеи в водосток.
На водостоках из железобетонных труб d=l ООО мм и более
с гладкими торцами дренажные устройства осуществляются в
виде коротких перфорированных труб, заделываемых в стыки
труб и обсыпаемых дренирующим материалом (рис. 38).
На вновь проектируемых сейчас тонкостенных трубах боль-
шого диаметра с раструбами прием дренажных .вод может
осуществляться через верхнюю незаделанную часть раструба
— 62 —
(рис. 39). На водостоках же из железобетонных труб с муфтами
прием дренажных вод выполняется через незаделанную верх-
нюю части стыка (рис. 40).
Рис. 37. Дренаж в одной траншее рядом с водо-
стоком
I—труба асбестоцементная: 2 — песок среднезерпистый,
3 — гравий средней крупности нли мелкий щебень; 4 —
песок крупнозернистый-. 5 местный грунт
О)
Рис. 38. Дренажные устройства для выпуска вод верховодки в водосток
а — поперечный разрез; б — разрез по 1 — песок среднезернистый; 2 — песок
крупнозернистый; 3 —гравий средней крлпности или мелкий щебень; 4 - труба асбе-
стоцементная» </=0,1—0,05 м ; Z—0 6 м; 5— местный грунт
5)
-45WM5V5
— 63 —
Рис. 39. Дренажные устройства над водостоком при применении раструб-
ных железобетонных труб
/__местный грунт; 2 — песок среднезернистый. 3 — песок крупнозернистый: 4 — гра-
й средней крупности или мелкий щебень; 5 —• просмоленная пакля
75‘Z5
разрез по Ар Разрез по ВГ
Рис. 40. Дренажные устройства над водостоком при применении
железобетонных труб на муфтах
1 — местный грунт; 2 — песок среднезернистый; 3 — песок крупнозернистый
4 гравий средней крчпности или мелкий щебень; 5- просмоленная пакля
6 — муфта
— 64 —
Вертикальные дренажи
Вертикальные дренажи представляют собой ряд или кон-
турную группу трубчатых колодцев, объединенных в единую
систему при помощи водопррводящих устройств и насосной
станции, или же группу разбросанных, часто на большом рас-
стоянии друг от друга, трубчатых колодцев, но не объединенных
в общую систему и обслуживаемых отдельными насосными
агрегатами.
В вертикальных дренажах трубчатые колодцы выполняют
функции «осушителей», так как именно через них и осущест-
вляется водоотбор подземных вод из водоносной толщи, подле-
жащей дренированию.
При удалений воды из трубчатых колодцев тем или иным
способом (обычно путем откачки) около них создается пониже-
ние уровня подземных вод. Образующаяся при ©том сниженная
(депрессионная) поверхность приобретает форму воронки, ось
которой совпадает с осью трубчатого колодца.
При взаимодействии ряда или группы колодцев воронки,
формирующиеся около них, сливаются в одну общую депрессию
в поверхности подземных вод (часто довольно больших разме-
ров). Расположенные в пределах депрессии подземные соору-
жения и коммуникации защищаются от подтопления.
Вертикальные дренажи дают возможность осуществлять
водоотбор из более глубоких слоев, чем горизонтальные дрена-
жи и сильно снижать уровень подземных вод.
Трубчатый колодец представляет собой вертикальную ко-
лонну, погруженную в водоносную толщу, обычно состоящую
из глухих (без отверстий) труб и фильтра (рис. 41).
Лишь в самом простейшем случае (весьма редко встре-
чающемся в практике городского строительства), когда дрени-
руемая толща представлена устойчивыми (необваливающимися)
породами, водоотбор может осуществляться и без устройства
фильтра через дно и стенки нижней части трубчатого колодца,
не закрепленные обсадными трубами.
Закрепление стенок колодца над фильтром проводится об-
садными или «наставными» трубами (закрепление обсадными
трубами лучше).
Под фильтром, как правило, устраивается отстойник,
устроенный из глухих труб и служащий для сбора мелких ча-
стиц грунта, прошедших через фильтр. Проходка трубчатых ко-
лодцев может быть выполнена:
а) погружением с помощью подмыва («гидравлический»
способ проходки);
б) бурением («буровой» способ проходки).
Буровой способ устройства трубчатых колодцев наиболее
универсален. При этом предварительно бурят скважину, стенки
которой в обваливающихся породах закрепляют обсадными
5 Зак. 703 — 65 —
трубами, а затем опускают фильтр и оборудуют колодец для от-
качки. Этот способ позволяет в любых гидрогеологических усло-
виях сооружать колодцы необходимой глубины и диаметра.
Внутренний диаметр колодца должен быть достаточным для
размещения в нем фильтра и оборудования, предназначаемого
для откачки. В случае крепления колодца металлическими тру-
бами последние для защиты от коррозии должны быть асфаль-
тированы или обработаны другим антикоррозийным составом.
Фильтры. В практике устройства трубчатых колодцев нахо-
дят применение фильтры самых разнообразных конструкций —
дырчатые, щелевые, проволочные и каркасно-стержневые, сет-
чатые, гравийные и т. д.; при этом их каркасы могут быть изго-
товлены из стали обыкновенной, керамики, асбестоцемента,
пластических масс, дерева и т. д. Кроме того, в последнее время
начинают находить известное практическое применение фильтры
блочного типа: из пористого бе-
тона. на основе клея БФ
(фильтры РИЖТа) и жидкого
стекла (силикатные фильтры),
а также дренажные колодцы
со сменяемым внутренним
фильтром.
В сетчатых фильтрах не-
обходимы цветные металлы
(медь, латунь), а в каркасно-
стержневых и проволочных —
нержавеющая сталь (для про-
волочной обмотки). Конструк-
ция фильтра должна подби-
раться в зависимости от лито-
логического состава водосо-
держащих грунтов и химиче-
ского состава подземных вод,
подлежащих дренированию. В
этом отношении следует руко-
водствоваться техническими
условиями проектирования и
сооружения буровых на воду
скважин СН-14-57 (Госстрой-
издат, 1958).
Проводящие устройства.
В качестве водопроводящих
устройств в вертикальных дре-
нажах могут быть использо-
ваны поглощающие и одиноч-
ные колодцы с принудитель-
ной откачкой воды; глухие
коллекторы; вакуумные и эр-
лифтные системы.
Рис. 41. Общая схема трубчатого
колодца
1 — смотровой колодец; 2 — задвижка;
3 — оголовок; 4 — всасывающий трубо-
провод; 5 — всасывающая труба; 6—де-
прессионная поверхность подземных
вод; 7 — наставная труба; 8 — фильтр;
9 — отстойник
-66-
Поглощающие колодцы. При наличии водоносных горизон-
тов, обладающих достаточно хорошей поглотительной способ-
ностью и не используемых для водоснабжения, подземные воды,
отобранные дренажными колодцами, могут быть сброшены в
эти водоносные горизонты при помощи поглощающих колодцев.
Сброс может быть осуществлен или из каждого дренажного
колодца непосредственно или же через специально сооружаемый
центральный поглощающий, к которому вода подается из всех
дренажных колодцев.
При дренировании промышленных площадок и городских
территорий поглощающие колодцы могут применяться лишь в
исключительных случаях, так как при эксплуатации они весьма
часто нарушают свою нормальную работу из-за механического
загрязнения и заиления. Кроме того, при наличии в подземных
водах соединений извести, железа и других солей возможна за-
купорка фильтровых отверстий этими солями. Использование
того или иного водоносного горизонта для поглощения дренаж-
ных вод должно быть согласовано с органами санитарного
надзора.
Одиночные колодцы с принудительной откачкой воды. Труб-
чатые колодцы в вертикальных дренажах иногда разбросаны на
сравнительно больших расстояниях друг от друга. В этих слу-
чаях приходится применять децентрализованную откачку дре-
нажных вод при помощи отдельной насосной станции, сооружа-
емой для каждого колодца.
Если подземные воды залегают неглубоко от поверхности
земли и требуемые понижения не велики, то для откачки могут
быть применены центробежные насосы, смонтированные на по-
верхности земли.
При более глубоком залегании подземных вод необходимо
переходить на установку центробежного насоса в шахте или же
применять глубинные насосы, погружаемые в колодцы.
Глухие коллекторы. Самотечные глухие коллекторы, работа-
ющие при частичном заполнении своего поперечного сечения
водой, могут служить водопроводящими устройствами для вер-
тикальных дренажей, состоящих из рядов или группы самоизли-
вающих трубчатых колодцев.
Глухие коллекторы применяют в тех случаях, когда на от-
метках их заложения находятся слабопроницаемые грунты
(глинистые, суглинистые, иловатые и т. д.). Вода, поступающая
из самоизливающих колодцев в глухой коллектор,, направляет-
ся самотеком по нему в водоприемник. Чтобы не препятствовать
движению воды, трубчатые колодцы следует располагать в сто-
роне от коллектора, располагая их у смотровых колодцев дрена-
жа. При этом устье трубчатых колодцев должно быть приподня-
то над уровнем воды в коллекторе не менее чем на 15 см.
В тех случаях, когда перепонижение уровня подземных вод
на дренируемой территории может представить опасность для
5*
— 67 —
сооружений, расположенных на ней (например, при наличии
искусственных деревянных оснований), или агротехнических
культур, в устьевой части самоизливающих колодцев должно
быть предусмотрено устройство, позволяющее повышать гори-
зонт самоизлива. Этот метод регулирования уровней подземных
вод можно применять при
небольшой амплитуде го-
ризонтов воды (до 2 .и),
так как при больших ко-
лебаниях уровня в кол-
лекторе возможно образо-
вание грязевых пробок и
ухудшение работы дре-
нажа.
Вертикальные дрена-
жи с самотечными глухи-
ми коллекторами приме-
нимы для относительно
небольших понижений
уровня подземных вод.
При прокладке глухих
коллекторов могут быть
использованы керамико-
вые и бетонные трубы
(часто с армированием);
или же (глухие коллекто-
ры) они выполняются в
виде проходных галерей
обычно из сборного желе-
зобетона. Конструктив-
ная схема такого коллек-
тора показана на рис. 42.
Рис. 42. Схема глухого коллектора
вертикального дренажа
а — разрез по АА; б — план; 1 — смотро-
вой колодец; 2 — коллектор; 3 — трубчатый
колодец; 4 — водосборный резервуар;
5 — насосная станция
Вакуумные системы. В тех случаях, когда необходимо про-
извести более значительное понижение уровня подземных вод,
в качестве водопроводящих устройств для вертикальных дрена-
жей, состоящих из ряда или группы колодцев, могут быть приме-
нены вакуумные системы. Последние выполняются или в виде
всасывающего трубопровода, непосредственно присоединенного
к насосу, или же в виде сифона. Конструктивная схема верти-
кального дренажа с водопроводящими устройствами в виде
всасывающего трубопровода, непосредственно присоединенного
к насосу, представлена на рис. 43, а с сифонным устройством —
на рис. 44.
В состав сифонного водосбора входят: вертикальные всасы-
вающие трубы, обеспечивающие забор воды из каждого колодца
системы; объединяющий коллектор, заканчивающийся верти-
кальным нисходящим сборным участком, и сборный резервуар,
совмещаемый часто со зданием насосной станции.
Рис. 43. Схема вертикального дренажа с всасы-
вающим трубопроводом
fl_разрез; б — план; 1 — всасывающий трубопровод;
2 — всасывающая труба; 3— нагнетательная тр^ба;
f — вакуум-насос; 5 — иасос; 6 — электромотор; 7 труб-
чатый колодец
Рис. 44. Схема вертикального дренажа с сифоном
д — разрез; б — план; 1 — сифонный трубопровод; 2 воз-
душный котел; 3 — к вакуум-насосу; 4 к насосу,
5 — приемный резервуар; 6 — нисходящий участок снфо
на; 7 — всасывающая труба; « — трубчатые колодцы
— 69 —
Для обеспечения стационарного режима работы системы в
сборном резервуаре устраивается приемная камера для сифон-
ных трубопроводов с постоянным горизонтом воды, не завися-
щим от колебаний уровней воды в резервуаре при периодической
откачке из него.
Для работы сифона необходимо:
предварительное заполнение трубопроводов системы водой,
что достигается либо отсасыванием воздуха вакуум-насосом, ли-
бо непосредственной заливкой системы водой (в этом случае на
всасывающих трубах предусматриваются обратные клапаны);
создание и поддержание определенной разности между ди-
намическим уровнем воды в дренажных колодцах и горизонтом
воды в приемной камере сборного резервуара, что соответствую-
щим образом предусматривается при проектировании элементов
системы и режима ее работы;
периодическое удаление из сифонной системы скоплений
воздуха, выделяющегося из воды и поступающего через неплот-
ности.
В целях создания благоприятных условий для отвода возду-
ха, скапливающегося в трубопроводе, объединяющий коллектор
прокладывается с подъемом (1/150—1/5 000) в сторону сборного
резервуара. В наиболее повышенной точке коллектора преду-
сматривается воздухосборник, откуда воздух удаляется вакуум-
насосом или с помощью специальных аппаратов.
В системе трубопроводов, заполненных водой, в части, рас-
положенной выше пьезометрической линии, устанавливается
давление ниже атмосферного, т. е. создается вакуум. Предель-
ная высота подъема воды ограничивается величиной вакуума,
практически достижимого в системе. Учитывая, что заглубление
сифонных трубопроводов ниже поверхности земли более чем на
6 м неэкономично, и принимая наибольшую величину вакуума
равной 7,5 At, следует считать применение сифонных систем
водоотвода при уровнях воды в дренажных колодцах свыше
12 м от поверхности земли нерациональным.
Трубы сифонного водосбора для удобства эксплуатации
укладываются в галереях проходного сечения. Дренажные ко-
лодцы размещаются в нишах галерей (рис. 45). Над каждым
колодцем для удобства ремонтных работ предусматриваются
смотровые колодцы.
В отдельных случаях допускается прокладка сифонных
труб без галер,ей непосредственно в грунте. В этом случае все
узлы присоединений дренажных колодцев к сифонному коллек-
тору размещаются в легкодоступных смотровых колодцах.
Удаление случайных вод из колодцев производят перенос-
ными насосами или устраивают специальный дренаж рядом с
трассой сифона. Длина сифонных водосборов может быть зна-
чительной. Известны сифоны длиной 5—7 и более километров.
При водосборах большой длины, как правило, параллельно
— 70 —
Рис. 45. Сифонный водосбор в галерее
в — продольный разрез; б — план; в — поперечный
1 — сифонные трубопроводы; 2— всасывающая труба
3 — к вакуум-насосу; 4 — воздухосборник; 5 — уровень
приемной камере; 6 — трубчатые колодцы; 7 — приемная
8 — смотровой колодец; 9 — галерея
разрез;
сифона;
воды в
камера;
— 71 —
укладываются два сифонных трубопровода, объединяющие дре-
нажные колодцы, располагаемые по обе стороны галереи в шах-
матном порядке, что обеспечивает уменьшение .нагрузки на каж-
Б
.150 ,
У, 100 2^
015
3
4
5
i
\ZZ2i>325
Рис. 46. Трубча-
тый колодец при
эрлифтной системе
водоотвода
/ — трубчатый кол-
лектор: 2 — смотро-
вой колодец; 3 — во-
доподъемная труба;
4 — воздушная труба;
5 — фильтрующая об-
сыпка; 6 — фильтр.
7 — трубчатый коло-
дец
дый трубопровод и создает возможность
выключать при ремонте не всю систему ко-
лодцев, а только половину.
Регулирование работы системы обеспечи-
вается изменениями уррвня воды в прием-
ной камере сборного резервуара, открытием
задвижек на всасывающих трубах, вакуума
в системе.
Практика показала, что в определенных
условиях сифон может работать неполным
сечением; при ©том производительность его
и эффект дренирования уже не зависят от
уровня воды в приемной камере и опреде-
ляются степенью разрежения в системе.
Достоинство сифонных водосборов —
сравнительная простота эксплуатации, воз-
можность регулирования и полной автома-
тизации системы.
Сифонные трубопроводы допускают не-
сколько большую высоту всасывания (до»
7—7,5 м}, чем всасывающие, непосредствен-
но присоединенные к насосу (до 6 м).
Регулирование дебета дренажной системы
при всасывающем трубопроводе, непосред-
ственно присоединенном к насосу, обычно
достигается:
маневрированием задвижками, устано-
вленными на напорной линии и на всасы-
вающих трубах, опущенных в колодцы, и
перепуском части расхода из напорной
линии во всасывающую по специальному
обходному трубопроводу (шунту).
Однако эти приемы регулирования, как
показала практика, представляют значи-
тельные технические трудности, кроме того,
неизбежно вызывают непроизводительные
потери энергии (из-за отсутствия регулиру-
ющей емкости—резервуара).
В сифонных трубопроводах при наличии
приемного резервуара регулирование рабо-
ты дренажной системы производится без
больших затруднений и без непроизводи-
тельных потерь энергии, кроме того, допу-
скается периодичность в работе на-
сосов.
— 72 —
Поэтому при устройстве крупных дренажных систем, не-
смотря на некоторое увеличение строительной стоимости соору-
жения за счет устройства приемного резервуара и подземной
галереи, во многих случаях предпочтение следует отдавать си-
фонным проводящим устройствам.
Работу вакуумных систем целесообразно автоматизировать.
Эрлифтные системы. В последние годы в практике дрениро-
вания территорий городов и населенных пунктов в качестве про-
водящих устройств вертикальных дренажей нашли некоторое
применение эрлифтные системы. Они работают от центральной
компрессорной станции, обслуживающей отдельные ветви дре-
нажных колодцев, расположенные в обе стороны от нее. Воздух
подается к отдельным дренажным колодцам по магистральным
воздуховодам (которых также лучше иметь два), а вода, выбра-
сываемая им, поступает в трубчатый коллектор и отводится по
нему самотеком в водоприемник или к месту централизованной
перекачки (рис. 46). Каждый колодец снабжается специальным
регулятором, позволяющим регулировать подачу воздуха, а сле-
довательно, и производительность колодца.
Ввиду отсутствия надежных в эксплуатации автоматиче-
ских регуляторов регулирование эрлифтных систем встречает
пока большие трудности.
Комбинированные дренажи
Комбинированные дренажи представляют собой сочетание
горизонтальной дрены с рядом вертикальных дрен. Идея комби-
нированного дренажа заключается в исполь-
зовании для дренажа безнапорных вод труб-
чатых колодцев путем самоизлива дренажных
вод в горизонтальную дрену (рис. 47). При
комбинированном дренаже горизонтальная
дрена закладывается на обычной глубине, а
со дна ее до водоупора опускаются трубчатые
колодцы. Каждый такой колодец работает
как самоизливающийся, так как устье его
(верхний конец) обязательно располагается
ниже общего непониженного уровня подзем-
ны вод.
Горизонтальная дрена в комбинированных
дренажах представляет собой железобетон-
ную галерею прямоугольного сечения и желе-
зобетонную трубу нормального овоидально-
го очертания (A: d=3 : 2). В некоторых случа-
ях могут найти применение и круглые железо-
бетонные трубы. Размеры горизонтальных дрен
назначают исходя из необходимости доступа в
нее людей при эксплуатации.
у —
Рис. 47. Общая-
схема комбиниро-
ванного дренажа
1 — поверхность зем-
ли; 2 — уровень под-
земных вод; 3 — кол-
лектор горизонталь-
ного дренажа; 4 —
самоизливающий ко-
лодец-фнльтр; 5 —
депрессионная по-
верхность
— 73 —
Рис. 48. Схема
расположения
трубчатых колод-
цев в комбиниро-
ванном дренаже
а — разрез; б—план;
1 — смотровой коло-
дец; 2 — горизонталь-
ная дрена; 3—настил
из досок; 4—крупно-
зернистый песок; 5 —
самоизливающий ко-
лодец
Рис. 49. Конструктивная схема комбинированного
дренажа при открытом способе производства
работ
а — разрез по 7—J; б — разрез по II—П; в — план; 1 —
щели; 2 — гравий; 3 — песок; 4 — колодец-фильтр
— 74 —
Рис. 50. Конструктивная схема комбинированного дренажа
при подземном способе производства работ
а — разрез по 1—1; б разрез по II—П\ в — план; г — деталь дре-
нажного отверстия; 1 — колодец из железобетонных колец; 2 — об-
садная труба; 3 — галерея; 4 - колодец-фильтр; 5 — дренажные от-
верстия, d — 150 мм; 6 — сетка; 7 — стальная труба; 8 — гравий.
d=5—10 мм; 9 — крупнозернистый песок, </ = 1—2 мм; /0 — лоток
для отвода дренажных вод
— 75 —
Трубчатые .колодцы, применяемые в комбинированных дре-
нажах, в конструктивном отношении вполне аналогичны колод
цам вертикальных дренажей. Более широкое применение здесь
могут найти трубчатые колодцы с деревянными фильтрами, так
как последние, находясь под водой, не могут быстро загнивать.
Горизонтальная дрена, помимо трубчатых колодцев, снаб
жается специальными дренажными отверстиями (круглыми и
щелистыми), через которые в нее и поступает вода, и располага-
ются они обычно в нижней половине боковых стенок дрены, окру-
жаются фильтрующей, обычно многослойной, обсыпкой (наруж-
ной или внутренней, в зависимости от способа производства ра-
бот по устройству самой дрены).
По трассе горизонтальной дрены устраиваются смотровые
колодцы, через которые производятся наблюдения и прочистка
ее при эксплуатации. Как правило, смотровые колодцы устраи-
ваются непосредственно над трубчатыми колодцами, благодаря
чему облегчается их прочистка и ремонт, а в случае надобности
и замена. Такие колодцы располагаются обычно не в самой га-
лерее; а в смотровых колодцах (рис. 48).
Глубина заложения горизонтальных дрен определяется по-
ложением уровня подземных вод на дренируемой территории и
обычно принимается не более 5—6 м. При такой глубине произ-
водство работ по устройству горизонтальной дрены проходит от-
крытым способом. Общая конструктивная схема комбинирован-
ного дренажа для этого случая показана на рис. 49.
Лишь на отдельных участках дренажа, там, где по условиям
застройки или подземного хозяйства производство работ откры-
тым способом затруднено или невозможно, следует переходить
на подземный способ (штольневый, щитовой или продавлива-
ние). В этом случае конструкция комбинированного дренажа не-
сколько изменяется (рис. 50), так как при этом не удается уло-
жить застенную фильтрующую обсыпку горизонтальной дрены и
дренирующее действие сооружения снижается. Для отвода дре-
нажных вод в полу горизонтальной дрены часто устраивается
специальный лоток.
Дренажи специального типа
В практике осушения оползневых склонов находят примене-
ние следующие конструкции противооползневых дренажей:
1) горизонтальные дрены открытого типа — канавы, лотки,,
дренажные прорези, не заполненные фильтрующим материалом;
2) горизонтальные дрены закрытого типа, устраиваемые
траншейным способом, но затем засыпаемые фильтрующим ма-
териалом — щебенчатые; фашинные; трубчатые дренажи; дре-
нажные галереи; дренажные прорези, заполненные фильтрую-
щим материалом; откосные; контрфорсные и застенные дренажи;
— 76 —
3) горизонтальные дрены, устраиваемые подземным спосо-
бом— дренажные штольни;
4) вертикальные дрены — дренажные колодцы трубчатого
типа, сквозные -и забивные фильтры, самоизливающие колодцы,
каптажные камеры, иглофильтры;
5) комбинированные дренажи — сочетание горизонтальных
дрен (обычно др,енажных штолен или галерей) с вертикальными
(сквозными и забивными фильтрами, самоизливающими колод-
цами).
Так как многие из перечисленных конструкций дренажей
являются сходными с ранее описанными, то ниже будут оха-
рактеризованы только те из них, которые мы условно выделили
в группу дренажей специального типа.
Дренажные прорези при борьбе с оползнями применяются
весьма широко; они представляют собой открытые траншеи глу-
биной до З.и с деревянным креплением. Прорези хорошо дрени-
руют все скопившиеся в них подземные воды; они располагают-
ся нормально к склону и врезаются в оползшие массы.
В случае необходимости устраивается целый ряд таких при-
резей, которые, производя осушение оползших масс, создают в
них как бы отдельные контрфорсы из более устойчивых масси-
вов грунтов, которые предохраняют от оползания участки скло-
на, расположенные выше.
Открытые дренажные прорези нуждаются в весьма тща-
тельном и повседневном надзоре; расстроенные участки крепле-
ния должны быстро перекрепляться и ремонтироваться.
Контрфорсные дренажи. В некоторых случаях открытые
прорези заполняются фильтрующим материалом, при этом удер-
живающая способность прррези может быть увеличена путем
применения сухой каменной кладки, заглубленной в несмещен-
ные породы. Такие прорези называются контрфорсными дрена-
жами.
Откосные дренажи представляют собой неглубокие (до
'0,5 м) траншейки, заполненные фильтрующим материалом. Они
применяются для непосредственного осушения искусственно
спланированных оползневых склонов и откосов в тех случаях,
когда водоносные слои выражены неясно и имеет место хотя и
небольшое, но почти сплошное выклинивание подземных вод на
откос. В плане они располагаются различно, в зависимости от
конфигурации и высоты откоса, подлежащего осушению. Если
приходится осушать на значительном протяжении более или ме-
нее равномерно смачиваемые откосы, откосным дренажам надо
лучше придавать форму арок (рис. 51). Откосные дренажи бла-
годаря большим уклонам сравнительно редко подвергаются за-
илению (кольматажу); вместе с тем оно для них и не так опас-
но, так как возможные местные закупорки не могут повлиять на
работу дренажа д целом.
— 77 —
Застенные дренажи. В некоторых случаях для укрепления
оползневого склона устраиваются подпорные стенки, которые
одновременно служат для архитектурного его оформления. При
выклинивании подземных вод в той части склона, которая под-
пирается стенкой, в конструкции последней должно быть преду-
смотрело устройство застенного дренажа. Он представляет собой
сплошную засыпку из фильтрующего материала, уложенного за
стенкой (без трубы или с трубой). Выпуски воды из застенного
дренажа устраивают в виде специальных труб, закладываемых
в нижней части подпорной стенки или через оставляемые в ней
окна (каналы).
Рис. 51. Откосные противооползневые дренажи
а — вид спереди; б — разрез по АВ. / —откос; 2—водо-
отводная канава
Каптажные камеры устраиваются для улавливания родни-
ков, выклинивающихся на склоне. Они представляют собой водо-
сборные колодцы шахтного типа, снабженные сливными трубами
для организованного сброса собираемых подземных вод.
Сквозные, фильтры. Буровые скважины, пройденные с по-
верхности в дренажную штольню и оборудованные в местах пе-
ресечения водоносных пластов фильтрами, называются сквозны-
ми фильтрами (рис. 52). Эти фильтры служат для дренирования
вышележащих водоносных пластов на тех участках, где пласты
лежат высоко и недоступны для забивных фильтров.
Забивные фильтры представляют собой небольшую по диа-
метру (25—63 мм) и глубине (10—15 м) буровую скважину,
пройденную из дренажной штольни и оборудованную простей-
шим (дырчатым) фильтром (рис. 53). Забивные фильтры могут
закладываться в кровлю, в дно дренажной штольни; их назначе-
ние— дренирование водоносного пласта, залегающего на не-
большом расстоянии от дренажной штольни. Вода из забивных
фильтров поступает самотеком, поэтому они могут закладывать-
— 78 —
ся в дно штольни только там, где имеются напорные пласты,
обеспечивающие самоизлив воды.
При дренировании водоносного пласта системой забивных
фильтров поры пласта освобождаются от воды, при этом здесь
может возникнуть разрежение, способное отрицательно повлиять
на процесс осушения (уменьшить дебит фильтров). В частности,
Рис. 53. Забивной фильтр
1 — фильтр; 2 — сальник; 3 — водоот-
водный шланг; 4 — водоотводный кол-
лектор
Рис. 52. Сквозной фильтр
1 — дренируемые водоносные пласты; 2 — каркас
фильтра; 3 — фильтрующая обсыпка: 4 — манометр
для определения остаточного столба воды над
кровлей штольни; 5 — вентиль; 6 — водоотводный
коллектор
разрежение возможно в случае перекрытия водоносного пласта
воздухонепроницаемыми слоями; для его устранения вблизи за-
бивных фильтров устраиваются аэрирующие скважины (рис. 54).
Последние отличаются от забивных фильтров только несколько
большей длиной (они доводятся своими перфорированными ча-
стями несколько выше пониженного уровня подземных вод).
Иглофильтры. Иглофильтр представляет собой металличе-
скую трубу диаметром 45—60 мм с отверстиями, с фильтром в-
нижней части. Установка его в грунт производится путем гидрав-
лического размыва. Иглофильтр после погружения его в грунт
на глубину до 10 м присоединяется к всасывающему коллектору
— 79 —
установки. В такой установке каждый
иглофильтр является элементарной
скважиной; при помощи установки из
ряда иглофильтров представляется
возможным успешно осушить грунты
даже с малым коэффициентом фильт-
рации (менее 1 м^утки), потому что
последняя работает как вакуумная си-
стема. Существует ряд различного ти-
па иглофильтровых установок: ПВУ-2,
ЛИУ-2 и ЛИУ-3.
Рис. 54. Забивной фильтр с аэрирующей
скважиной
1 — забивной фильтр; 2 — аэрирующая скважина
Сооружения на дренажной сети
Главнейшие искусственные сооружения, возводимые на дре-
нажной сети, состоят из устьевых и сбросных устройств при вы-
ходе дренажа в открытый водоприемник; сборных колодцев-ре-
зервуаров и перекачечных устройств; смотровых и осадочных
колодцев и перепадов.
Устьевые и сбросные сооружения. При самотечной системе
.отвод дренажных вод может быть осуществлен в открытый водо-
приемник, в существующую ливневую сеть или хозяйственную
канализацию. Сбр(ос дренажных вод самотеком в ливневую сеть
по глубине ее заложения может проводиться сравнительно ред-
ко. При принудительном же сбросе возникает необходимость в
устройстве специального приемного сооружения (сборного ко-
лодца-резервуара) и перекачечной установки.
При выходе дренажных линий в открытый водоприемник
устье дренажа выделывается в виде специального оголовка.
Для обеспечения долговременной работы дренажа его устье
необходимо располагать на таких участках берега водоема, где
не наблюдается значительных ударов льда, оползневых и об-
вальных явлений. На участке выхода дренажа в береговой откос
при наличии значительных скоростей течения в реке сопряжение
дренажной линии производится под острым углом к направле-
нию потока с тем, чтобы вода при повышенных горизонтах не
— 80 —
могла набегать в дрену и заносить ее взвешенными наносами,
содержащимися в ней. Часто во избежание этого устье дрены
снабжается обратным клапаном, автоматически закрывающимся
при повышении горизонта воды в реке.
Отметка устьевого сооружения назначается по возможности
выше максимального горизонта высоких вод в водоприемнике.
Если этого не удается достигнуть, то следует предусматривать
‘ yvwxa _ 6 •. oi
Рис. 55. Устье дренажа в виде бетонного оголовка
1—дренажная труба; 2—насыпь; 3 — бетонная стенка; 4—коно-
патка зазора смоляной паклей; 5 — сбросная канава; 6 — мостовая
по слою подготовки
возможность перекачки дренажных вод во время паводка. Не-
обходимость такой перекачки должна быть, однако, особо обос-
нована, так как в некоторых случаях можно мириться с кратко-
временным прекращением работы дренажа.
Конструкции устьевого сброса довольно разнообразны; они
выполняются или в виде бетонной обделки (рис. 55), или же
укрепления берегового откоса каменной мостовой (рис. 56).
Сборные колодцы-резервуары и перекачечные устройства.
При заложении дренажа ниже отметок воды в водоприемнике
(например, при сбросе дренажных вод в ливневую сеть) обычно
возникает необходимость в устройстве водосборного колодца-ре-
зервуара и перекачечных станций. Подобная схема сброса воды
может потребоваться также и при самотечно работающей си-
стеме дренажа для сброса по ней воды в период паводков, когда
сброс в естественный водоприемник невозможен.
В том случае, когда принудительный сброс дренажных вод
предусматривается только в период прохождения весеннего па-
водка, сборные колодцы располагаются на специальном ответ-
влении главной линии дренажа (рис. 57).
В месте переключения стока дренажных вод устраивается
колодец-регулятор с особым дроссельным затвором (рис. 58),
6 Зак. 703 — 81
позволяющий закрывать поступление воды в сбросную часть
главного коллектора во время прохождения паводка и, наоборот,
открывать доступ на это время воде самотеком в подводящий
коллектор насосной станции.
В конструктивном отношении сборные колодцы обычно
представляют собой бетонные или железобетонные резервуары
круглого поперечного сечения.
Рис. 56. Выход устья дренажа на откос, укрепленный каменным
мощением
1—дренажная труба’ 2 — сбросная канава; 3 — мостовая по слою подготовки
Типы перекачечных устройств определяются расходами пе-
рекачки, высотой всасывания и нагнетания, режимом перекачки
и т. п. Перекачка может быть непрерывной и периодической (на
пример, 1 раз в сутки, неделю, декаду и т. д.). В соответствии с
ожидаемым притоком и режимом перекачки подбираются разме-
ры сборного колодца и насосное оборудование. В случае исполь-
зования в качестве водоприемника ливневой или канализацион-
ной сети присоединение дренажных линий осуществляется к од-
ному из смотровых колодцев этой сети.
Смотровые колодцы. Для наблюдения за работой, а также
для очистки и ремонта дренажа закрытого типа необходимо
предусматривать устройство смотровых колодцев. Кроме того,
они принимают тончайшие частицы грунта, взвешенные в дре-
нажной воде, препятствуя их выпадению в самой дрене
Смотровые колодцы, как правило, располагаются на каждом
повороте дренажных линий, на всех пересечениях этих линий,
на прямых участках дренажа не реже чем через каждые 50 м.
Смотровые колодцы устраиваются с лотковым соединением
дрен или с отстойником.
— 82 —
«)
Рис. 57 Схема расположения дренажной системы, работающей на перекачку
в период паводков в реке
1 — головной дренаж, 2 — подводящий закрытый канал; 3 — насосная станция- 4 — откры
тый канал; 5 — сбросная часть дренажной системы; 6 — распределительный колодец с
дроссельным затвором; 7 — участок особо заглубленных подземных сооружений- 8 — коль-
цевой дренаж
Рис >8. Колодец-регулятор с дроссельным затвором
а — разрез; б — план (разрез по 1—/); 1—керамиковые трубы с раструбом; 2— скобы
железные; 3 — щебень; 4 — доски; 5 — дроссельные затворы; 6 — бетонная подушка;
7 — к насосной станции; 8 — дроссельные задвижки
-83-
В зависимости от количества соединяемых в колодце дре-
нажных линий различают колодцы «двойнички», «тройнички»
и т. д.
Стенки колодцев сооружаются из кирдича на цементном
растворе или из бетонных колец. Дно колодцев делается в обоих
случаях бетонным.
В трубчатых дренах из деревянных труб, а также в дренах,
рассчитанных на короткий срок действия, может быть допущено
устройство смотровых колодцев из дерева.
В закрытых дренах устройство перепадов приурочивается
обычно к смотровым колодцам.
В дренах открытого типа (канавы, лотки) специально ус-
траиваются перепады.
Подбор и расчет дренажных обсыпок
и водоприемных отверстий в фильтрах
и в дренажных трубах
Раз-мер частиц в /ллл
Дренажные обсыпки в горизонтальных дренажах и в дре-
нажных колодцах должны быть подобраны таким образом, что
бы частицы дренируемого грунта не вымывались, не кольматп
Р|Овали бы обсыпки, а трубы и колодцы нс засорялись. Это мо-
жет быть достигнуто соответствующим подбором состава дрена-
жных обсыпок и их толщины.
Подбор состава дренажных обсыпок производится по соот
ношению
— = от 5 до 10,
^50 к
где £>50 — крупность частиц, вес ко-
торых в обсыпке составляет 50%;
d50 — то же, в породе.
При этом коэффициент неодно-
родности
А.„ = '/“ < 5,
<6.
а количество мелких частиц (менее
0,1 мм) не свыше 5%,
где J6o — крупность частиц, вес ко-
торых в породе состав
ляет 60%;
dio — крупность частиц, вес ко-
торых в породе составля-
ет 10%.
Значения dl0, d50, d60, D50 нахо-
дятся по кривой механического сос-
Рис. о9. Суммарная кривая
механического состава, по-
строенная в полулогариф-
мическом масштабе
— 84 —
тава породы или соответственно — по кривой обсыпки (рис. 59).
Толщина слоев в дренажной обсыпке принимается: в гори
зонтальных дренах от 100 до 150 мм; в дренажных колодцах для
обсыпок, монтируемых на поверхности, — не менее 30 мм; для
обсыпок, создаваемых на забое скважин, — не менее 50 мм.
Количество слоев принимается от одного (в крупных песках)
до трех (в суглинках).
Размеры водоприемных отверстий в дренажных трубах го-
ризонтальных дрен и в фильтрах дренажных колодцев рекомен-
дуется принимать по эмпирическим данным автора табл. 2.
Таблица 2
Форма водоприемных отверстий
Размеры водоприемных отверстий в мм при
коэффициенте неоднородности пород
Круглая ........................
Щелистая........................
Сетчатая .....................
при йн <2 при % >2
2,5-3 4*
1,2.5—1,5 4*
1,5—2 4>о
3-4 d 0
1,5—2 4»
2-2,54»
Скважность фильтров (отношение площади отверстий в
фильтре к общей его боковой поверхности, выраженное в про-
центах) с щелевидной и круглой перфорацией следует прини-
мать в 20—25%, в проволочных и каркасно-щелевых фильтрах
в зависимости от толщины проволоки стержней и расстояний
между ними ее рекомендуется доводить (исходя из условий их
прочности и конструктивных возможностей) до 40—60%.
В целях обеспечения нормальной работы дренажа его во-
дозахватная способность F должна несколько превышать дебит
Qo, т. е. должно быть соблюдено условие F > Q0-
Для определения водозахватной способности может быть
использована формула автора:
в горизонтальных дренах
з__
F = 65 (2/z ф-6) kk в м*! су тки на 1 м длины дрены, (Ш—1)
в вертикальных дренах
з______________________
/? = 65rtZ/} k в
м? сутки,
(Ш-2)
где h — превышение пониженного уровня воды на контакте
дренируемого грунта с дренажной обсыпкой над ее
основанием в м;
— 85 —
b—ширина дренажной обсыпки в основании дренажа
в м (,в дренах, лежащих на водоупоре, 6 = 0);
d — наружный диаметр фильтра в м (в гравийных
фильтрах принимается наружный диаметр дренаж-
ной обсыпки);
I — длина фильтра в м;
k — коэффициент фильтрации дренируемого грунта
в м! сутки.
Глава IV
СИСТЕМЫ ПОДЗЕМНЫХ ДРЕНАЖЕЙ,
ИХ ТРАССИРОВАНИЕ И УСЛОВИЯ ПРИМЕНЕНИЯ
В ПРОМЫШЛЕННОМ И ГОРОДСКОМ
СТРОИТЕЛЬСТВЕ
1. ОДНОЛИНЕЙНЫЕ ДРЕНАЖНЫЕ СИСТЕМЫ
Однолинейные дренажные системы по своему назначению
могут быть разделены на головной и береговой дренажи. В том
и другом случае однолинейные системы для усиления своего
перехватывающего эффекта могут быть дополнены одной или
двумя вспомогательными поперечными (к основной) дренами
Соответственно ©тому они примут Г- и П-образное расположе-
ние в плане.
Однолинейные системы по сравнению с другими имеют сле-
дующие преимущества: располагаются вне защищаемой терри-
тории (по ее внешним границам); часто имеют меньшую длину;
во многих случаях меньшие строительные и эксплуатационные
затраты.
Головной дренаж. Применяется при питании «сбоку» и обыч-
но состоит из горизонтальной дрены, закладываемой по верхней
(по отношению к потоку подземных вод) границе дренируемого
участка в целях полного или частичного перехвата ©тих вод
(рис. 60,а, б). Подобного рода дренажи особенно ©ффективны,
когда водоупорное ложе залегает неглубоко от поверхности зем-
ли; они также вполне себя оправдывают в случае однородного
строения дренируемых пород и при относительно глубоком зале-
гании водоупора. В некоторых случаях (например, неоднородная
по водопроницаемости и достаточно (мощная толща водоносных
пород) в головном дренаже могут быть применены и другие кон-
структивные типы дренажа: вертикальный (рис. 60,в) или ком-
бинированный (рис. 60,г).
— 87 —
Вертикальный тип дренажа может оказаться необходимым,
когда относительно мощная дренируемая толща, представлен-
ная слабо проницаемыми грунтами, подстилается хорошо водо-
проницаемыми водоносными породами. В этом случае устрой-
ство горизонтальной дрены в нижнем подстилающем слое может
представить значительные трудности в строительном отношении
(из-за большой глубины траншеи и значительного притока в нее
воды) и переход на вертикальный тип дренажа явится совер-
шенно необходимым.
Рис. 60. Головной дренаж
а — план; б — разрез через дренаж горизонтального типа; в — разрез через дре-
наж вертикального типа; г — разрез через дренаж комбинированного типа; / —
головная дрена; 2 — сбросная линия; 3 — смотровой колодец; 4— непониженный
уровень подземных вод; 5 — пониженный уровень подземных вод; 6 — водоупор
Вертикальный головной дренаж представляет собой ряд
трубчатых колодцев, располагаемых по прямым линиям также
вдоль верхней границы защищаемой территории, из которых
производится откачка воды, так называемые «дренажные заве-
сы»; колодцы располагаются здесь на сравнительно небольших
расстояниях друг от друга.
В соответствующих гидрогеологических условиях при нали-
чии на территории водопоглощающих пород устраиваются дре-
нажно-поглощающие колодцы, располагаемые также по линии
головного дренажа.
Когда дренируемый водоносный горизонт является весьма
водообильным и значительным по мощности, а заложение гори-
зонтальной дрены не может обеспечить необходимого понижения,
— 88 —
целесообразно (в дополнение к горизонтальной дрене) устраи-
вать ряд вертикальных дрен, т. е. переходить на комбинирован-
ный тип дренажа. Головные дренажи особенно выгодны в тех
случаях, когда дренированию в целях общего оздоровления ме-
стности (например, под жилищно-бытовое строительство) под-
лежат большие площади.
Рассмотрим случай применения головного дренажа для дре-
нирования поселка.
Рис. 61. Схема дренирования территории поселка при помо
щи головного дренажа горизонтального типа
а — план; б — разрез по 1—I; 1 — почвенный слой: 2—водоносные
пески; 3 — моренные суглинки; 4 — головная дрена; 5 — понижен
нын лровень подземных вод
Территория поселка расположена на склоне оврага и сложена мощной
толщей моренных суглинков (рис. 61). В толще имеется выдержанный пес-
чаный слой, в котором содержатся подземные воды. При строительстве по-
селка склон должен был быть подвергнут вертикальной планировке с
устройством ряда уступов, при которой зеркало подземных вод приближает-
ся к поверхности земли. Благодаря этому возникает опасность подтопления
подземными водами строящихся зданий и коммуникаций поселка.
Для перехвата вод и предотвращения тем самым подтопления указан-
ных сооружений был запроектирован головной дренаж в виде горизонталь-
ной дрены совершенного типа, т. е. дрены, полностью прорезающей водо-
носный слой и расположенной вдоль верхней границы (по потоку подзем-
ных вод) территории (см. рис. 61). Горизонтальная дрена выполнена из
асбестоцементных труб диаметром 200 мм с боковыми водоприемными от-
верстиями в виде пропилов-щелей; фильтрующая обсыпка состоит из круп-
— 89 —
нозериистого песка с размером частиц 1—2 мм и гравия крупностью
2—10 мм.
Береговой дренаж по принципу своей работы в общем до-
вольно сходен с головным дренажем. Различие заключается в
том, что головные дренажи предназначаются исключительно для
Рис. 62. Береговой дренаж
а — горизонтального типа; б—вертикального типа;
ч — комбинированного типа; 1 — непоинженный уро-
вень подземных вод; 2 — пониженный уровень под-
земных вод; 3 — береговая дрена; 4— водоупор; 5—
грасса береговой дрены; 6 — перекачечная станция
перехвата подземных вод, поступающих на защищаемую терри-
торию со стороны водораздела, а береговые — для перехвата,
кроме того, и воды, фильтрующейся со стороны реки или дру-
гого водоема, например, при повышении горизонта воды в них
при подпоре плотиной (рис. 62). В случае обвалования терри-
тории обычно, помимо берегового, устраивается также и придам-
оовый (рис. 63) дренаж. Это позволяет несколько отодвигать
Рис. 63 Схема работы берегового дренажа совме-
стно с придамбовым дренажем
/ — береговой дренаж: 2— придамбовый дренаж; 3 —
дамба обвалования, 4 — депресснонные кривые при со-
вместной работе обоих дренажей; 5 — горизонт в реке
после устройства плотины
— 90 —
береговой дренаж от береговой линии водоема и тем самым
уменьшать расходы дренажных вод, что особенно существенно
при принудительной их откачке, так как приводит к экономии
энергии и к снижению эксплуатационных расходов по дренажу
Основные требования, предъявляемые к береговому дрена-
жу, сводятся к тому, чтобы:
1) уменьшить напор воды со стороны реки до отметки, соот-
ветствующей бытовому уровню подземных вод (при наличии их
связи с рекой), наблюдавшемуся до их подпора плотиной, или
во всяком случае до отметки, не ухудшающей работу грунтов-
оснований и обеспечивающей отсутствие подтопления подземных
сооружений и коммуникаций на защищаемой территории;
2) перехватить поток подземных вод, притекающих к дре-
нажу со стороны водораздела, и фильтрационных вод, посту
пающих к нему со стороны водоема, с тем чтобы избежать об-
разования подпора подземных вод на защищаемой территории.
В береговых системах находят применение главным образом
вертикальный («дренажные завесы» с централизованной откач-
кой) и комбинированный типы дренажей (рис. 62,6, в); в ряде
случаев возможно применение и горизонтального типа дренажа
(рис. 62,а).
Стоимость устройства, а часто и эксплуатации береговых
дренажей Довольно высока, поэтому при их сооружении необхо-
димо особенно тщательно учитывать экономическое* шачение
защищаемой территории.
2. ДВУХЛИНЕИНЫЕ ДРЕНАЖНЫЕ СИСТЕМЫ
Двухлинейные дренажные системы наиболее часто состоят
из береговой дрены, уложенной вдоль берега водоема, и голов-
ной, проходящей по .верхней границе дренируемой территории
В ©тих системах могут найти применение все три описанных
выше конструктивных типа дренажа.
3. КОЛЬЦЕВЫЕ ДРЕНАЖНЫЕ СИСТЕМЫ
Кольцевая (контурная) система дренажа применяется для
защиты отдельных подземных сооружений (рис. 64) или участ-
ков, на которых располагается целая группа таких сооружений.
В этой системе наиболее часто устраиваются дренажи горизон-
тального типа (рис. 64,а), состоящие обычно из трубчатых дрен,
расположенных по контурам защищаемого участка.
Как показывает опыт, уровень подземных вод на защищае-
мом участке при расположении дрен даже и выше водоупора
в условиях однородного строения водоносной толщи устанавли
вается на отметках, близких к уррвню воды в дренах.
Горизонтальные кольцевые дрены могут применяться и для
дренирования значительных участков при отсутствии питания
— 91 —
Разрез I-I
подземных вод «сверху». Однако при
питании водоносного слоя «снизу»
приходится уменьшать размеры дре-
нажного кольца по ширине, что при-
ближает кольцевой дренаж к площад-
ному.
В ряде случаев по условиям за-
стройки и расположения подземного
хозяйства может оказаться более це-
лесообразным (а иногда и просто не-
обходимым) вертикальный кольцевой
дренаж (рис. 64,6). Это обычно бы-
вает, когда требуется понизить уро-
вень подземных вод на значительную
глубину. В отдельных случаях, при
подходящих гидрогеологических усло-
виях, вертикальные кольцевые дрена-
жи могут работать как дренажно-по-
глощающие системы; обычно же они
представляют собой завесы из трубча
тых колодцев, расположенных на не
больших расстояниях друг от друга
по периметру защищаемого участка и
объединенных для откачки воды вса-
сывающим трубопроводом в общую
систему.
В случае двухслойного строения
водоносной толщи, при котором ниж-
ние слои являются более проницаемы-
ми, могут найти применение кольцевые
дренажи комбинированного типа
(рис. 64, в).
Рассмотрим некоторые примеры
устройства кольцевого дренажа:
а) Кольцевой дренаж горизонтального
типа был сооружен на территории промыш-
ленного предприятия. Территория расположе-
на на первой надпойменной террасе между
рекой и протекающим здесь ручьем (рис. 65).
В основании разреза территории залегает
морена, являющаяся практическим водоупо-
ром. На размытой ее поверхности лежат раз-
Рис. 64. Кольцевой дренаж
а — горизонтального типа; б—вертикального типа;
в — комбинированного типа; 1 — смотровой колодец.
2 — кольцевая дрена; 3 — непониженный уровень под
земных вод; 4— пониженный уровень подземных вод
5 — кольцевые дрены; 6 — водоупор
— 92 —
лозернистые пески (коэффициент фильтрации 20—27 м1сутки) и мелкозерни-
стые (коэффициент фильтрации 3—13 м]сутки) флювиогляциальные и аллю-
виальные пески мощностью до 15 м.
До повышения горизонта воды в реке зеркало подземных вод в пес-
чаной толще располагалось на глубине 4—5 м, что не создавало никаких
затруднений при эксплуатации промышленного предприятия.
После повышения уровень подземных вод должен был подняться на
Рис. 65. Схема защиты промышленного предприятия от подтопления
при помощи кольцевого дренажа горизонтального типа
а — план; б — разрез по I—I; 1 — уровень подземных вод до подпора воды в
реке; 2 — уровень подземных вод при подпоре воды в реке; 3 — уровень подзем
ных вод при работе дренажа после повышения горизонта воды в реке: 4—го
рнзонт воды в реке после устройства плотины; 5 — горизонт воды в реке до
устройства плотины, 6 — пески; 7-—дрены; 8—глины; 9— ручей
— 93 —
3 .и, что способствовало подтоплению подвалов и подземных коммуникаций,
расположенных на территории. Для предотвращения подтопления был
устроен кольцевой дренаж в виде горизонтальных дрен трубчатого типа,
уложенных по контурам корпусов с уклоном в сторону насосной станции’
Дрены диаметром, равным 200—300 мм, укладывались с уклоном 0,003 по
деревянным лежням и снабжались гравийной обсыпкой с размером части
5—30 мм.
Так как по отметкам заложения сбросной части дренажа и горизонта
воды в реке самотечный сброс дренажных вод оказался невозможным, то
была осуществлена принудительная перекачка их в ручей через централь-
ную насосную станцию дренажа.
Рис. 66. Схема устройства кольцевого дренажа горизонтального типа
в сочетании с противофильтрационной завесой
а — план; б — поперечный разрез; 1— подтапливаемые подвальные помещения-
2 — трасса дренажа; 3 — смотровые колодцы; 4 — станция перекачки дренажных
вод; 5 — гидроизогипсы подземных вод до работы дренажа; 6 — засыпка выну-
тым грунтом; 7 — песок, d—\—2 мм; 8 — гравий, d — 5—10 мм; 9— железобетон-
ные звенья; 10 — бетонная подушка; 11 — противофильтрационрая завеса
б) Защита промышленного предприятия кольцевым дренажем горизон-
тального типа в комбинации с противофильтрационной завесой. Это пред-
приятие расположено на узкой надпойменной террасе реки в 60 м от ме-
женного уреза воды в ней (рис. 66).
Отдельные его цехи имеют подвальные помещения, полы которых за-
ложены на 8 м и более ниже уровня подземных вод. Вначале защита под-
валов от подтопления была осуществлена гидроизоляцией, но, как показал
опыт эксплуатации, эта защита оказалась неудовлетворительной, так как
наблюдалась непрерывная фильтрация воды через полы и стены подвала.
Поэтому и потребовалось запроектировать дренаж.
Участок, занятый промышленным предприятием, имеет следующее гео-
логическое строение. В его основании залегает мощная толща гранитов
(в верхней части трещиноватых). На неровной их поверхности лежит слой
дресвы мощностью до 0,7 м, а выше — аллювиальные мелкозернистые пы-
леватые пески мощностью от 0,5 до 5,1 м. С поверхности весь участок при
крыт насыпным грунтом мощностью 0,2—4 м.
— 94 —
Водовмещающими породами являются вллювиальные пески и дресва
(коэффициент фильтрации 0,1—2 ш/сутки), а также и верхняя трещинов.
тая зона гранитов (коэффициент фильтрации 0,05—3 м!сутки). К ним при
урочен поток подземных вод, направленный к реке, который сформирован
в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков на довольно об
ширной территории, расположенной вверх по потоку от промышленного
предприятия. Необходимо было перехватить подземный поток кольцевым
дренажем и не допустить его к подвалам заводских корпусов.
Опытными работами было установлено, что вертикальный дренаж да-
же при весьма малом расстоянии между дренами не сможет дать требуе-
мого эффекта, и поэтому был принят горизонтальный, уложенный на по-
верхности гранитов, для перехвата подземных вод, приуроченных к слою
песков и дресвы; фильтрацию же в трещиноватых гранитах (под горизон-
тальной дреной) было решено предотвратить устройством в них противо-
фильтрационной завесы.
Принятая конструкция горизонтальной дрены несколько отличается от
обычной. Это различие обусловлено комбинацией дренажа с противофильт-
рационной завесой.
Так как кольцевой дренаж над завесой предназначен для перехвата
подземных вод, поступающих с внешней стороны кольца, то для надежной
изоляции контакта дренажа с завесой на дне траншеи предусмотрено
устройство бетонной подушки, являющейся в то же время и основанием
для горизонтальной дрены. С внутренней стороны кольца подушка закан-
чивается бортиком высотой 30 см и шириной 20 см, который одновременно
является и стенкой дренажного коллектора, имеющего квадратное сечение.
Стенка предотвращает возможность вытекания воды из дренажа внутрь
защищаемого участка.
Две другие стенки дренажного коллектора образованы железобетонными
звеньями Г-образного сечения. Вода поступает в горизонтальную дрену
через неплотности между звеньями сборной конструкции (длина звеньев
70 см).
Фильтрующая обсыпка дренажного коллектора состоит из двух слоев:
первый слой толщиной 15 см укладывается непосредственно над дренаж-
ными звеньями из гравия, d = 5—10 мм, а второй — также толщиной
15 см.— из крупнозернистого песка, d=l—2 мм. На всех переломах дре-
нажа в плане устраиваются смотровые колодцы. Дренажные воды само-
теком стекают к резервуару насосной станции, откуда и перекачиваются
в реку.
4. ПЛОЩАДНЫЕ ДРЕНАЖНЫЕ СИСТЕМЫ
Площадный (систематический) дренаж представляет собой
системы горизонтальных или вертикальных дрен, расположен-
ных более или менее равномерно по всей дренируемой террито-
рии (реже в виде комбинации тех и других дрен).
В горизонтальных дренажах дрены-осушители, как правило,,
располагаются параллельно друг другу (рис. 67). В них глав-
ным образом и поступают подземные воды из междудренного
пространства, вследствие чего происходит понижение их зер-
кала до требуемой глубины.
Система осушителей примыкает к дренам-собирателям или
же непосредственно к магистральному коллектору, отводящему
дренажные воды в водоприемник. Назначение собирателей со
стоит главным образом в принятии воды от осушителей и транс-
— 95 —
a)
4
Рис. 67. Площадной (систематический)
дренаж горизонтального типа
а — план; б — разрез по АБ; 1 — непонижен-
ный уровень подземных вод; 2 — пониженный
уровень подземных вод; 3— дрены-осушители;
4 — водоупор; 5 — дренажный коллектор; 6 —
смотровые колодцы; 7 — направление стока
портировке ее к магистральному коллектору. При дренировании
больших территорий обычно возникает (необходимость в устрой-
стве ряда отдельных сетей осушителей, объединяемых собирате-
лями и магистральным коллектором в одну общую дренажную
систему.
Горизонтальный плошадный дренаж следует применять при
питании подземных вод «сверху» .за счет инфильтрации атмо-
сферных осадков, поверхностных и хозяйственных вод, при срав-
нительно неглубоком залегании подземных вод от поверхности
земли, при относительно не-
большой мощности водонос-
ного слоя и в тех случаях,
когда на дренируемой тер
ритории требуется произве-
сти небольшое понижение
уровня подземных вод.
В случае же питания во-
доносного горизонта «снизу»
за счет напорных подземных
вод, в особенности при не-
обходимости больших пони-
жений, целесообразно при-
менять площадный верти-
кальный дренаж.
В вертикальных дрена-
жах осушителями являются
трубчатые колодцы, вскры-
вающие водоносные слои.
Трубчатые колодцы в пло-
щадном дренаже вертикаль-
ного типа располагаются
по дренируемой территории
также более или менее рав-
номерно (рис. 68) и чаще
всего объединяются в еди-
ную систему водопроводя-
щими устройствами.
Особой разновидностью площадного вертикального дрена-
жа является так называемый «калифорнийский» дренаж. Он
представляет собой систему трубчатых колодцев, разбросанных
на дренируемой территории на значительных расстояниях друг
от друга, обычно от 500 до 1 500 м (рис. 69) Удаление воды в
нем производится из каждого колодца самостоятельной насос-
ной станцией.
Калифорнийский дренаж применим лишь тогда, когда верх-
няя толща, подлежащая осушению и сложенная слабопроница-
емыми грунтами, находится в гидравлической связи с достаточно
мощным, хорошо водопроницаемым подстилающим слоем (на-
— 96 —
пример, представленным галькой, сильно трещиноватыми скаль-
ными породами и т. п.). В этом случае хорошо водопроницае-
мый слой, в который опускают фильтры трубчатых колодцев
(см. рис. 73), выполняет в этом типе дренажа роль мощной
пластовой дрены, непосредственно принимающей подземные во-
ды из вышележащей, менее водопроницаемой толщи.
При комбинированном типе питания подземных вод, т. е.
при одновременном питании их как «сверху», так и «снизу» в
особенности в тех случа-
ях, когда необходимо дре-
нировать водоносный
пласт, сложенный в верх-
ней своей части слабопро-
ницаемыми породами, а в
нижней — хорошо прони-
цаемыми, может возник-
нуть потребность в пло-
щадном дренаже комби-
нированного типа (рис.
70).
В условиях городско-
го и промышленного стро-
ительства применение
площадного дренажа пре-
следует главным образом
цели общего осушения
местности, осушения пар-
ковых территорий, предо-
Рис. 68. Площадной (систематический)
дренаж вертикального типа
а — план, б — разрез по АБ; 1 — непониженный
уровень подземных вод; 2 — пониженный уровень
подземных вод; 3 — вертикальные дрены. 4 — дре-
нажный коллектор; 5 — направление стока; 6 — во-
доупор
хранения от подтопления
относительно неглубоких
подвальных помещений в
жилых кварталах и т. д.
В этих условиях наиболее
широко применяется го-
ризонтальный дренаж.
Однако этот тип площад-
ного дренажа имеет значительную протяженность сети и часто
неудобен в городских условиях, когда встречается необходи-
мость во вскрытии уличных покрытий, в большом количестве
пересечений подземных сетей и т. п.
Кроме того, пр,и больших понижениях уровня подземных вод
горизонтальный дренаж получается довольно громоздким и до-
рогим.
Рассмотрим некоторые примеры применения площадного
дренажа.
а) Площадный дренаж горизонтального типа для территории крупного
заводского поселка.
Поселок расположен на древней террасе, возвышающейся над горизон-
том воды в реке на 5—8 м (рис. 71) и сложенной аллювиальными отло-
7 Зак. 703
жениями. В основании их лежит морена, практически являющаяся водоупо-
ром. В нижней части аллювиальные отложения представлены среднезерни-
стыми песками с примесью гравия (коэффициент фильтрации 7—15 Алеутки.),
а в верхней — мелкозернистыми, пылеватыми слабоглинистыми песками (ко-
эффициент фильтрации 3—5 м) су тки).
К аллювиальным отложениям приурочены подземные воды, зеркало
которых располагается весьма близко к поверхности земли (на возвышен-
ных участках в 1—2 м, а в понижениях — с выходом подземных вод непо-
средственно на поверхность). Так как рассматриваемая территория почти
со всех сторон окружена лощинами и рекой, то питание происходит только
Рис. 69. Калифорнийский
тип площадного (система-
тического) дренажа
а — план; б — разрез по АБ;
1 — непониженный уровень под-
земных вод; 2 — пониженный
уровень подземных вод; 3 —
трубчатые колодцы; 4 — водо-
упор
Рис. 70 Площадной (систематиче-
ский) дренаж комбинированного
типа
а — план; б — разрез по АБ', 1 — гори-
зонтальные дрены; 2 — вертикальные
дрены; 3 — непониженный уровень под-
земных вод; 4 — пониженный уровень
подземных вод; 5 — водоупор
за счет атмосферных осадков, непосредственно на ней выпадающих и
инфильтрующихся в грунт, что при затрудненном подземном стоке пред-
определяет необходимость проведения общего дренирования территории пу-
тем устройства площадного дренажа горизонтального типа. Дрены-осуши-
тели из керамиковых труб диаметром 150 мм располагаются в основном
по проездам и улицам на расстоянии 70—120 м друг от друга, на глубине
2—2,5 м с уклоном 0,002—0,003. Дренажные воды, поступающие в собира-
тели из рсущителей, выводятся в открытые канавы и сбрасываются в реку.
Дрены-коллекторы имеют диаметр труб от 200 до 400 мм и уклон
от 0,0015 до 0,003.
Трубчатые дрены снабжены фильтрующей обсыпкой из песка и гравия
толщиной 10—20 см. По их трассе в местах перелома в плане и подклю-
чения к коллекторам предусмотрено устройство смотровых колодцев.
— 98 ——
Рис. 71. Схема дренирования территории завод-
ского поселка при помощи площадного (система-
тического) дренажа горизонтального типа
а — план: б — разрез по I—I; 1 — горизонтали поверхно-
сти земли; 2 — гндроизогипсы; 3 — дрены-осушители; 4 —
открытые канавы; 5 — непониженный уровень подземных
вод; 6—пониженный уровень подземных вод; 7— мелко-
зернистые пески; 8 — среднезерннстые пески; 9— сугли-
нок; 10 — дренируемая территории
б) Площадный (систёматический) дренаж для стадиона (рис. 72). Здесь
дренажная сеть .характеризуемся значительной разветвленностью и неглубо-
ким заложением. В ее состав входят сборная дрена, располагающаяся по
границам поля, дрены-осушители и дрены-собиратели, располагающиеся
внутри поля. Уклоны дрен приняты в пределах 0,003—0,004 и направлены
в сторону общего водоприемника, каковым служит коллектор ливневой се-
ти. Сборная дрена устраивается в, виде трубчатого дренажа с фильтрующей
обсыпкой, а дрены-осушители и собиратели представляют собой систему
неглубоких траншеек с фильтрующим заполнением, но без труб.
7*
— 99 —
Рис. 72. Схема дренирования площадки стадиона
/—сборная дрена; 2 — границы стадиона; 3 — дрены-осушители
и собиратели; 4 — ливнесток
5. СМЕШАННЫЕ ДРЕНАЖНЫЕ СИСТЕМЫ
К смешанным дренажным системам должны быть отнесены
такие схемы расположения дренажей, при которых народу с
искусственными (обычно линейными) дренами предусматри-
вается также то или иное использование староречий, действую-
щих русел, протоков речек, озер и т. п., в качестве естествен-
ных дрен.
С этой целью пррводится их благоустройство и осуществ-
ляется перекачка дренажных вод (часто с общим снижением
горизонта воды в них).
Наиболее часто при защите прибрежных территорий от под-
топления подземными водами при их подпоре плотинами, соору-
жаемыми на реках, находят применение смешанные дренажные
системы.
6. НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОТИВООПОЛЗНЕВЫХ
ДРЕНАЖНЫХ СИСТЕМ
«Откосные» дренажи (откосные дренажи, каптажные уст-
ройства, дренажные прорези, контрфорсные и застенные дрена-
жи) обычно не являются основной мерой борьбы с оползнями;
они устраиваются для поверхностного осушения оползневого
склона или для каптажа подземных вод, выходящих здесь на
поверхность.
Откосные дренажи, осушая склон или предотвращая вынос
мелких частиц грунта, способны иногда устранить опасность
его обрушения.
— 100 —
Кроме того, подобные дренажи предохраняют грунты or
увлажнения.
Внеоткооные однолинейные дренажи (горизонтального, вер-
тикального и комбинированного типа) часто являются основной
меррй борьбы с оползнями; они располагаются в коренном скло-
не (обычно вдоль его бровки) и предназначаются для полного
или частичного перехвата подземных вод и снижения их уровня
еще до поступления этих вод в оползневый склон.
Внеоткооные однолинейные дренажи снимают фильтрацион-
ное давление в приоткосной части склона, осушают слагающие
его грунты и благоприятно влияют на общую устойчивость
склона.
Приведем некоторые примеры расположения внеоткосных
однолинейных др,енажей горизонтального, вертикального и ком-
бинированного типов, а также дренажных прорезей, заложен-
ных в самих оползневых массивах.
Пример 1. Подземные воды содержатся в четвертичных отложениях
сравнительно небольшой мощности (рис. 73,с); их перехват может быть
осуществлен при помощи горизонтальных совершенных дрен трубчатого ти-
па. Такие дрены должны быть расположены вне тела оползня (вдоль верх-
ней бровки оползневого склона) и прорезать всю обводненную толщу по-
род, обеспечивая тем самым полный перехват подземных вод.
Пример 2. Подземные воды также находятся в четвертичных отложе-
ниях, но залегают на большой глубине (рис. 73,е); их перехват можно »
осуществить при помощи дренажной штольни. В тех же условиях, но при
большей мощности водоносной толщи дренажная штольня должна быть
дополнительно снабжена системой вертикальных дрен, опускаемых с поверх-
ности земли (сквозные фильтры) или забиваемых в ее кровлю (забивные
фильтры). Такая система дренажа также должна быть расположена вдоль
склона за пределами оползня.
Пример 3. Ввиду трудности проходки штольни в условиях обводнен-
ных четвертичных отложений иногда представляется целесообразным зало-
жить ее в более прочных и легко проходимых коренных породах. В этом
случае штольня выполняет главным образом водоотводную роль, а дрени-
рование обводненных четвертичных отложений производится через систему
вертикальных дрен — сквозных фильтров (рис. 73,в); при этом дренажная
система может быть пройдена в непосредственной близости к оползневому
склону без нарушения его устойчивости.
Пример 4. В том случае, когда обводнение четвертичных отложений
происходит за счет подземных вод, выклинивающихся из коренных пород,
осушение склона может быть достигнуто перехватом этих вод до их вы-
клинивания в четвертичные отложения. Перехват осуществляется устрой-
ством дренажной штольни в коренных породах — в самом водоносном
пласте, который обводняет четвертичные отложения; при большой мощности
этого пласта или наличия в коренных породах ряда чередующихся водо-
носных слоев штольня дополнительно снабжается системой вертикальных
дрен — сквозных фильтров (рис. 73,г). Высотное положение дренажной
штольни назначается с таким расчетом, чтобы ею и системой вертикальных
дрен могли быть перехвачены все водоносные горизонты коренных пород,
которые, выклиниваясь, обводняют четвертичные отложения.
Пример 5. В тех случаях, когда вода из коренного массива вытекает
в виде отдельных локализованных потоков, приуроченных к подземным таль-
вегам в кровле коренных пород, дренирование склона может быть осуще-
ствлено с помощью дренажных штолен, расположенных поперек тальвегов;
эти штольни, врезаясь своим основанием в коренные породы, перехваты-
— 101 —
Горизонтальная дрено
tpujimp
когидец
Урподз в Водоносные
до понижения слои
Сквозной
срильтр
Четвертичные
отлоЖения
Оползневые
накопления
Штольня
Коренные породы
Рис. 73. Схема дренирования ополз-
невых склонов
а — устройство горизонтального дренажа;
б — устройство комбинированного дрена-
жа со сквозными фильтрами и самоизли-
вающнмися колодцами; в — устройство
штольни в коренных породах со сквозны-
ми фильтрами; г — устройство штольни в
водоносных песках со сквозными фильтра-
ми
-1Д2-
Оползневые
накопления
четвертичные
отложения
Водоносный
слой
Штольня
Hopemtie ^породы
Рис. 73 Схема дренирования ополз-
невых склонов
д — устройство поперечной перехватываю-
щей штольни; е — устройство штольни
в водоносных песках; ж — дренирование
оползших масс прорезями
— 103 —
вают подземные потоки и дренируют контактную зону четвертичного по-
крова с коренными породами (рис. 73,5).
Пример 6. Коренные породы характеризуются чередованием глинистых
и обводненных песчаных толщ и прослоек. В таких случаях необходим пе-
рехват подземных вод при помощи дренажных штолен еще до их поступ-
ления в оползневый склон. При значительной мощности песчаного пласта
и неблагоприятных условиях для проходки штолен во многих случаях це-
лесообразно закладывать их в нижерасположенной глинистой (водонепро-
ницаемой) толще, а дренирование вышележащих водоносных слоев осуще-
ствлять при помощи вертикальных дрен, опускаемых в штольню с поверх-
ности земли (сквозные фильтры) или забиваемых в кровлю штольни (за-
бивные фильтры) так, как показано на рис. 73,6.
При линзообразном залегании нижних водоносных слоев в том случае,
когда они обладают достаточным напором, штольня может быть заложена
и выше их. В этом случае дренаж верхних водоносных слоев производит-
ся при помощи сквозных и забивных фильтров, а дренаж нижних напор-
ных слоев — путем опускания в них через дно штольни самоизливаю-
щихся забивных фильтров (см. рис. 73,6).
Пример 7. Устойчивость оползших массивов может быть повышена при
помощи дренажных прорезей, предназначаемых для их осушения и дре-
нажных штолен, используемых для выпуска воды из мешков, карманов
и других подземных ее скоплений, а также путем осушения поверхностей
скольжения. Дренажные прорези прокладываются в теле оползня снизу по
направлению его движения, т. е. поперек склона (рис. 73,ж). Дренажные
штольни также проходят снизу и часто располагаются у поверхности
скольжения, разветвляясь в случае надобности вправо и влево.
7. ТРАССИРОВАНИЕ ДРЕНАЖНЫХ СООРУЖЕНИИ
В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ
И ПРОМЫШЛЕННЫХ ПЛОЩАДОК
Трассирование дренажных сооружений является весьма от-
ветственным этапом проектирования, так как от правильного
выполнения трассирования часто зависит надлежащая работа
всей дренажной системы.
Трассирование состоит .из: а) расположения дренажной сети
в плане; б) выбора глубины заложения дренажей; в) сопряже-
ния дренажных линий в плане и в профиле; г) выбора проект
ных уклонов дренажей.
9
Расположение дренажей сети в плане
Расположение дренажной сети в плане при дренировании
городских территорий и промышленных площадок определяется
системой и типом дренажа, а также характером застройки.
Расположение головного дренажа в плане определяется
верхней границей дренируемой территории и направлением по-
тока подземных вод, притекающего со стороны на эту террито-
рию. Трасса головного дренажа располагается по возможности
нормально к направлению потока подземных вод; при этом для
ее прокладки следует использовать существующие проезды или
— 104 —
уличные магистрали, проходящие вблизи верхней границы др<;
нируемого участка.
Положение трассы берегового дренажа определяется на-
правлением береговой линии водоема, от подтопления которого1
защищается данная территория; при этом также должны быть
максимально использованы уличные проезды или незастроенные
участки. Замыкающие (вспомогательные) линии берегового дре-
нажа должны бытынаправлены по возможности по кратчайшему
расстоянию к местам его примыкания к высоким террасам доли-
ны реки, приурочивая к существующим проездам или улицам.
Расположение в плане кольцевых дренажей определяется
исключительно контурами самих защищаемых участков, отдель-
ных сооружений или зданий; при наличии сложных контуров не
следует строго им следовать, а необходимо стремиться к сокра-
щению линии дренажного кольца. При наличии ряда отдельных
участков или сооружений, требующих защиты от подтопления,
следует прорабатывать в проектах варианты как местного околь-
цования, так и охвата в кольцо более широкого района с тем,
чтобы иметь соответствующие технико-экономические показатели
для решения вопроса о наивыгоднейшем расположении в плане
кольцевого дренажа.
При площадном (систематическом) дренаже магистральные
коллекторы обычно устраиваются по проездам и уличным маги-
стралям, а собиратели — по второстепенным проездам и улицам.
Дрены-осушители прокладываются внутри кварталов застройки,
используя для этого дворовые проезды или незастроенные пло-
щади.
Независимо от принятой системы при трассировании дре-
нажной сети на отдельных участках дренируемой территории
необходимо учитывать интересы застройщиков соседних терри-
торий, что приводит к более рациональным решениям.
Проектируемая дренажная сеть должна быть увязана с су-
ществующим и проектируемым подземным хозяйство**! города
или промышленного предприятия.
Расположение дренажной сети в плане зависит также и от
гидрогеологических условий дренируемой территории. Так, при
проектировании головных дренажей их желательно располагать
по возможности на участках с более высокими отметками по-
верхности водоупора (для уменьшения глубины их заложения).
Гидрогеологические условия защищаемого участка должны учи-
тываться при других системах дренажа.
В застроенных местах расположение дренажных линий не-
обходимо увязывать с положением отдельных сооружений или
зданий, так как прокладка горизонтальных и комбинированных
дренажей, а также проводящих устройств в вертикальных дре-
нажах частично нарушает условия устойчивости грунтов, явля-
ющихся основанием для этих сооружений и зданий.
— 105 —
В тех случаях, когда применяется укладываемый на водо-
упоре горизонтальный дренаж, а фундамент здания или соору-
жения располагается значительно ниже отметки дрен, расстоя-
ние трассы дренажа от здания или сооружения может быть
принято любым, удобнььм для производства работ (обычно
4—5 м).
При работе такого дренажа приток воды к нему будет осу-
ществляться лишь со стороны подземного потока. Движение во-
ды к основанию не будет иметь места, и потому устройство дре-
нажа не окажет суще-
Рис. 74 Схема к определению минимально
допустимого расстояния от оси дренажа до
стены здания
ственного влияния на
устойчивость сооруже-
ния.
В случае укладки
дренажа выше водо-
упора при расположе-
нии фундамента соору-
жения в водоносном
грунте приток воды бу-
дет иметь место и из-
под основания соору-
жения, что может по-
влечь за собой вымыв
мелких частиц грунта,
изменение прочности
его основания и в ре-
зультате вызвать осад-
ку сооружения (обыч-
но неравномерную).
Минимально допустимое расстояние оси дренажа до стены
’здания (рис. 74) определяется по формуле
(IV-1)
:где b — уширение фундамента в м;
В — ширина траншеи в м;
Н — глубина заложения дрены в м;
h — глубина заложения фундамента в м;
— угол внутреннего трения грунта.
Выбор глубины заложения дренажей
Глубина заложения дренажей имеет исключительно боль-
шое значение. Она определяется величиной снижения уровня
подземных вод, системой и типом дренажа и гидрогеологически-
ми условиями дренируемой территории.
При головном дренаже на глубину его заложения может
влиять положение поверхности водоупора, так как перехват
— 106 —
подземного потока в обычных условиях наиболее полно дости-
гается пр,и заложении дрен на водоупоре или вблизи него. Од-
нако в некоторых случаях и при довольно глубоком залегании
водоупора или при наличии на поверхности его значительных не-
ровностей представляется вполне целесообразным заложение
дренажа на более высоких отметках (но с укладкой под ним
шпунта или какого-либо другого экранирующего устройства).
Предельная глубина дренажных траншей, разрабатываемых
открытым способом, практически не превышает 6—8 м.
При применении трубчатых дренажей горизонтального ти-
па неглубокого заложения следует учитывать также и глубину
промерзания грунта, так как периодическое промерзание и от-
таивание грунта может привести к полному расстройству линии
труб. Грунт, замерзший вокруг дрены, будет, кроме того, затруд-
нять поступление воды в дрену.
Сопряжение дренажных линий в плане
и профиле
Сопряжение отдельных дренажных линий между собой в
плане и профиле осуществляется различно в зависимости от
принятой системы дренажа и типа конструкции.
Открытые (канавы, лотки), а также и закрытые дренажи со
сплошным заполнением сопрягаются приемами, практикуемы-
ми при трассировке водоотводных сооружений. При этом не сле-
дует допускать примыкания отдельных дренажных линий или
же их изломов <в плане под углом менее 30°.
При применении горизонтального трубчатого дренажа в за-
висимости от принятой системы расположения дренажа в плане
(головной, береговой, кольцевой или площадной дренажи) мо-
гут встретиться следующие основные случаи сопряжений: изло-
мы линий на поворотах под большим углом; угловое примыка-
ние продольных линий к .поперечным выпускам (обычно под
углом 90° или близком к нему); соединение в одном узле трех
линий (двух продольных с поперечным выпуском) и т. д.
В вертикальной плоскости сопряжение отдельных линий го-
ризонтального дренажа может быть осуществленно путем уст-
ройства перепадов или без них.
На всех изломах линий в плане и при сопряжении в одном
узле трех линий, а также во всех случаях примыкания с образо-
ванием перепадов устраиваются смотровые колодцы с присоеди-
нением к ним отдельных линий под соответствующими углами.
Сопряжение линий труб в этих колодцах при наличии перепадов
принимается или в виде лотков-быстротоков, или же по типу
колодцев-отстойников. Последние применяются в тех случаях,
когда опасаются, что дренажные трубы вследствие малых укло-
— 107 —
нов за колодцами (ниже по течению) могут быть засорены
взвешенными частицами дренажных вод.
При устройстве галерейного дренажа открытым способе?.'
сопряжение желательно делать под углом, близким к прямому,
так как по гидравлическим условиям нет надобности в плавном
сопряжении струй дренажных вод. Сопряжение отдельных уча-
стков галереи в вертикальной плоскости по гидрогеологиче-
ским условиям трассы часто приводит к необходимости образо-
вания перепадов, что осуществляется устройством шахтных
колодцев.
При устройстве галерейного дренажа подземным способом
гидравлические требования остаются такими же. В ©том случае
сопряжение отдельных участков или ветвей галерей в плане
определяется условиями производства работ и конструктивны-
ми особенностями сооружений. Это сопряжение обычно прово-
дится под прямым углом. На слабых изломах галереи в плане
разбиваются плавные кривые (возможность разбивки последних
исключена при применении способа продавливания). При уста-
новлении предельных значений допускаемых радиусов этих
кривых приходится исходить из условий откатки грунта. Раз-
бивку кривых необходимо также согласовывать с конструктив-
ными особенностями и с гидрогеологическими условиями
трассы.
Сопряжение галерей, преходимых подземным способом по
вертикали, также достигается при помощи шахтных колодцев.
В вертикальных типах дренажей сопряжение дренажных
линий имеет значение при применении дренажных завес с цент-
рализованной откачкой воды. В этом случае условия сопряже-
ния определяются главным образом характером проводящих
устройств. При применении глухих самотечных коллекторов и
сифонов трубчатые колодцы выводят в специальные галереи, в
которых устроены самотечные лотки или проложены сифонные
трубопроводы. В первом случае вода, поступающая из трубча-
тых колодцев, самоизливается в лоток; во втором — каждый
трубчатый колодец приключается к сифону при помощи всасы-
вающего колена. При применении в качестве проводящих уст-
ройств всасывающих трубопроводов, непосредственно присоеди-
ненных к насосу, сопряжение трубчатых колодцев с всасываю-
щим трубопроводом осуществляется обычно в специально
устраиваемых смотровых колодцах, подобно сифонам.
При эрлифтном способе водоотвода над каждым трубчатым
колодцем устраивается смотровой колодец, в котором разме-
шаются устройства для регулирования подачи воздуха и выходы
самотечного трубопровода для отвода воды самотеком в водо-
приемник или в места централизованной ее перекачки.
В комбинированных дренажах сопряжение вертикальных
трубчатых колодцев с горизонтальной дреной осуществляется
также в специально устраиваемых смотровых: колодцах.
— 108 —
Выбор проектных уклонов горизонтальных
дренажей
При назначении проектных уклонов дрен приходится исхо-
дить главным образом из гидравлических условий ее работы, а
для некоторых типов (дренажные штольни) учитывать также
И условия производства работ.
В качестве ориентира при трассировании горизонтальных
дренажей следует принимать следующие минимальные значения
уклонов (табл. 3).
Таблица 3
Типы дренажа Элементы дренажа Диаметры дрены в мм Рекомендуемые ми- нимальные уклоны
Канавы и лотки — — 0,003—0,005
Закрытые со сплошным заполнением — — 0,01
Осушители До 200 0,002 (глинистый грунт) 0,003 (песчаный грунт)
Трубчатые Собиратели 200—300 0,0015
- Магистральные коллекторы Более 300 0,0005
Галерейные — — 0,001
8. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОМУ ВЫБОРУ
ТИПА И СИСТЕМЫ ПОДЗЕМНОГО ДРЕНАЖА
Предварительный выбор типа .и системы подземного дрена-
жа производится с учетом реальных гидрогеологических и инже-
нерных условий участков их заложения.
Основные гидрогеологические и инженерные характеристи-
ки различных типов, систем подземных дренажей и рекоменда-
ции по их предварительному выбору сведены в табл. 4 и 5.
Окончательный же выбор того или иного типа и системы
подземного дренажа производится на основании технико-эконо-
мического сравнения их вариантов, разработанных примени-
тельно к конкретным гидрогеологическим и инженерным усло-
виям защищаемой территории или участка.
— 109 —
Таблица 4
Выбор типа подземного дренажа
Основные характеристики различных типов дренажей
Типы подземных дренажей преимущества недостатки наибольшая глубина заложения дренажа от поверхности земли в м Гидрогеологические условия, при которых наиболее целесо- образно применение данного типа дренажа
Открытые ка- навы 1 О 1 Простота устройства и эксплуатации Доступность для осмотра /. Горизонтальные Малая глубина заложе- ния Необходимость частых прочисток при эксплуатации Потери полезных площа- дей на дренируемой терри- тории Необходимость устройства переходных мостиков или труб Неустойчивость в слабых грунтах До 1,5, реже до 2 Однородная толща грунтов: при небольшой мощности применяются со- вершенные дрены, при боль- шой мощности — несовер- шенные дрены Двухслойная тол- щ а (вверху слабопроницае- мые грунты, внизу — хоро- шо проницаемые грунты) — применяются несовершенные дрены, доведенные основа- нием до нижнего хорошо проницаемого слоя
Лотки •Я Простота устройства и эксплуатации Доступность для осмотра Ограниченная глубина за- ложения Необходимость частых прочисток Потери полезных площа- дей Необходимость устройства переходных мостиков До 3
Продолжение табл. 4
Типы подземных дренажей Основные характеристики различных типов дренажей Гидрогеологические условия, при которых наиболее целесо- образно применение данного типа дренажа
преимущества недостатки наибольшая глубина заложения дренажа от поверхности земли в м
1 Закрытые Простота устройства и эксплуатации Ограниченная глубина за- ложения Короткий срок службы (3—5 лет) Часто — невозможность развития дренажа в длину из-за отсутствия необходи- мого падения рельефа До 3 Разнородная тол- ща грунтов — при не- большой ее мощности — применяются совершенные дрены, которыми прорезает- ся вся толша
Трубчатые Простота эксплуатации Длительный срок действия Возможность эффективно- го дренирования разнород- ных по водопроницаемости грунтов Возможность эффективно- го контроля за работой дре- ны в процессе ее эксплуата- ции Ограниченная глубина за- ложения Недостаточная перехваты- вающая способность при за- легании ниже дрены более проницаемых грунтов Ограниченные возмож- ности в отношении управле- ния уровнями подземных вод на дренируемой терри- тории при эксплуатации дре- нажа До 5—6, реже до 8 •
Продолжение табл. 4
Типы подземных дренажей Основные характеристики различных типов дренажей Гидрогеологические условия, при которых наиболее целесо- образно применение данного типа дренажа
преимущества- • недостатки наибольшая глубина заложения дренажа от поверхности земли в м
Г алерейные 1 N3 При открытом способе производства работ — воз- можность эффективного дре- нирования разнородных по водопроницаемости грунтов При подземном способе производства работ — лю- бая практическая необходи- мая глубина заложения и возможность проходки под застроенными участками Доступность для осмотра При открытом способе производства работ — огра- ниченная глубина заложе- ния, а при подземном — ма- лая дренирующая способ- ность Недостаточная перехваты- вающая способность при за- легании ниже основания дрены более проницаемых грунтов Ограниченные возможно- сти в отношении управления уровнями подземных вод на дренируемой территории при эксплуатации дренажа До 8 — 10 при открытом способе производства ра- бот,а при подзем- ном — до любой практически необ- ходимой глубины 1
Пристенные Возможность полного пе- рехвата подземных вод при заложении дрены на водо- упоре. Высокая водозащит- ная способность, в особен- ности в слабопроницаемых грунтах Простота устройства, на- дежность эксплуатации и возможность использования для укладки дрены .строи- тельного котлована Невозможность примене- ния для дренирования уже осуществленных сооружений Сравнительно большие затраты фильтрующего ма- териала Ограниченность зоны дре- нирования Трудности ремонта и ре- конструкции дренажа в про- цессе эксплуатации защи- щаемых сооружений В пределах глу- бины заложения защищаемых соо- ружений Предпочтительно в слабо- проницаемых грунтах, плохо отдающих воду при дрени- ровании
со
Зак. 703
табл. 4
Типы подземных дренажей Основные характеристики различных типов дренажей Гидрогеологические условия, при которых наиболее целесо- образно применение данного типа дренажа
преимущества недостатки наибольшая глубина заложения дренажа от поверхности земли в м
Пластовые Возможность защиты под- земных сооружений от под- топления и сырости в слабо- проницаемых глинистых грунтах там, где другие дре- ны линейного типа не могут дать необходимого эффекта Высокая водозащитная способность, в особенности в слабопроницаемых грун- тах Возможность укладки дрены непосредственно в строительных котлованах, т. е. без прорытия специаль- ных траншей Простота устройства и надежность при эксплуата- ции Невозможность примене- ния для дренирования уже осуществленных сооружений Нецелесообразность уст- ройства в хорошо проницае- мых грунтах Ограниченность зоны дренирования Трудность (а часто и пол- ная невозможность) ремон- та и реконструкции дре- нажа в процессе эксплуата- ции защищаемых сооруже- ний В пределах глу- бины заложения защищаемых соо- ружений
Дренажи, совме- щенные с водосто- ками Возможность одновремен- ного использования траншеи водостока и для укладки Дрен Простота устройства Ограниченные возможно- сти дренирования Опасность засорения дре- ны при переполнении водо- стока Опасность возникновения подпора при проходе лив- ней по водостоку Глубина соот- ветствует глубине заложения водо- стоков Предпочтительно приме- нять для дренирования под- земных вод типа верховодки ♦
Продолжение табл. 4
Типы подземных
дренажей
Основные характеристики различных типов дренажей
преимущества недостатки наибольшая глубина заложения дренажа от поверхности земли в м
Гидрогеологические условия,
при которых наиболее целесо-
образно применение данного
типа дренажа
//. Вертикальные
С поглощающи- Возможность значитель Часто недостаточная на- Любая практи- Разнородная по водопро-
ми колодцами для сброса дренажных вод ных понижений уровня под- земных вод Возможность сброса дре- нажных вод на месте без прокладки длинных сброс- ных линий дежность поглощающих сло- ев для длительного сброса дренажных вод чески необходимая глубина ницаемости толща грунтов (чередование слабопрони- цаемых грунтов с хорошо проницаемыми) при любой практически встречающейся их мощности; при этом в качестве дрен применяются совершенные трубчатые ко-
С децентрали- зованной откачкой дренажных вод • Отсутствие надобности в прокладке подземных кол- лекторов для сброса дре- нажных вод Простота осуществления дренажа Независимая работа дрен друг от друга Возможность значитель- ных понижений подземных вод Трудности эксплуатации отдельно действующих сква. жин и насосных агрегатов, разбросанных по территории Частый ремонт или смена насосов Значительные эксплуата- ционные расходы лодцы Двухслойная толща грун- тов; при этом в случае не- большой мощности нижнего слоя (до 20 л) следует при- менять, как правило, совер- шенные трубчатые колодцы, т. е. прорезающие полностью как верхний, слабопрони- цаемый, так и нижний, хоро- шо проницаемый, слои этой толщи
Продолжение табл. 4
* Типы подземных дренажей Основные характеристики различных типов дренажей Гидрогеологические условия, при которых наиболее целесо- образно применение данного типа дренажа
преимущества недостатки наибольшая глубина заложения дренажа ОТ поверхности земли в м
• С глухими кол- лекторами для от- вода дренажных вод Си i Простота эксплуатации Возможность самотечного отвода дренажных вод Значительная строитель- ная стоимость устройства подземного коллектора про- ходных габаритов Ограниченные возможно- сти в отношении понижения уровня подземных вод и слабая маневренность при эксплуатации системы Возможность образования грязевых пробок и засоре- ния ими дренажа Ограниченная возмож- ность понижения уровня подземных вод — до 2—3 м Любая практи- чески необходимая глубина В том случае, когда мощ- ность нижнего слоя сравни- тельно велика (более 20 л?) иногда целесообразно устра ивать несовершенные труб- чатые колодцы; при этом ими полностью прорезается верхний слой, а нижний вскрывается лишь частично
С вакуумными системами, непос- редственно под- ключенными к на- сосам Невысокая строительная стоимость Отсутствие необходимости в устройстве подземного коллектора Трудности регулирования системы Возможность срыва ваку- ума при эксплуатации Недоступность контроля за работой всасывающих трубопроводов, уложенных в грунте
Продолжение табл. 4
Типы подземных дренажей Основные характеристики различных типов дренажей Гидрогеологические условия, при которых наиболее целесо- образно применение данного типа дренажа
преимущества недостатки наибольшая глубина заложения дренажа от поверхности земли в м
Ограничения возможность понижения уровня подзем- ных вод до 6 м Ограниченная длина дре- нажных линий Значительные эксплуата- ционные расходы Любая практи- чески необходимая глубина •
1 1 С сифонным во- О доотиодом 1 Большая маневренность при эксплуатации системы и простота самой эксплуата- ции Меньшая затрата электро- энергии при эксплуатации Спокойный режим работы системы при наличии авто- матизации Доступность осмотра и ремонта трубопроводов, уло- женных в подземной галерее Возможность использова- ния галереи для прокладки других подземных сетей Возможность прокладки дренажных линий большой протяженности (5—7 км) Высокая строительная стоимость Возможность снижения уровня подземных вод до 7—7,5 м Несколько большая слож- ность обслуживания системы Значительные эксплуата- ционные расходы
Продолжение табл. 4
Основные характеристики различных типов дренажей
Типы подземных дренажей преимущества недостатки наибольшая глубина заложения дренажа от поверхности земли в м Гилрогеологические условия, при которых наиболее целесо- образно применение данного типа дренажа
С эрлифтным водоотводом Сравнительно невысокая стоимость Простота строительства Трудности регулирования системы и ее автоматизации Ограниченная протяжен- ность дренажных линий Сложность обслуживания системы Значительные эксплуата ционные расходы Любая практи- чески необхо- димая глубина •
q Сочетание гори- । зонтального дре- 1 нажа с вертикаль- ным Высокая перехватываю- щая и дренирующая способ- ность дренажа Особо высокий эффект при,работе дренажа в двух- слойной толще — при откры- том способе заложения го- ризонтальной части дрена- жа в ее верхнем менее про- ницаемом слое Спокойный, самотечный режим работы дренажа Несложность обслужива- ния дренажа при его эксплу- атации Меньшее зарастание филь- тров в трубчатых колодцах ///. Комбинированные Ограниченные возможно- сти в отношении управления уровня подземных вод при эксплуатации дренажа Непродолжительный срок службы трубчатых колод- цев вследствие зарастания фильтров Необходимость обеспече- ния достаточного напора, обусловливающего самоиз- лив воды из трубчатых ко- лодцев в горизонтальную часть дренажа В целом—на лю- бую практически необходимую глу- бину, для гори- зонтальных частей дренажа при +<х осуществлении открытым спосо- бом — до 5—6, ре- же до 8 Двухслойная толща грун- тов при не очень резком различии в водопроницае- мости слагающих ее слоев и при условии заложения горизонтальной части дрены в верхнем, менее проницае- мом слое, а трубчатых ко- лодцев — в нижнем, более проницаемом слое При небольшой и средней мощности (до 20 At) нижне- го, более проницаемого слоя применяются, как правило, совершенные колодцы; при большой мощности (свыше 20 м) нижнего слоя целесо- образно переходить на не- совершенные колодцы
Продолжение табл. 4
Типы подземных
дренажей
Основные характеристики различных типов дренажей
преимущества недостатки наибольшая глубина заложения дренажа от поверхности земли в м
Гидрогеологические условия,
при которых наиболее целесо-
образно применение данного
типа дренажа
Дренажные про-
рези
Откосные
Контрфорсные
За стенные
Каптажные ка-
меры
Волопоглощаю-
щие скважины
Сквозные
фильтры
Забивные
фильтры
IV. Дренажи специального типа
Простота устройства и хо- Сравнительно короткий До 3, реже до Обводненные оползшие
роший дренирующий эффект при осушении оползших масс срок службы и необходи- мость тщательного надзора и частого ремонта 5—6 . массы
Простота устройства и эксплуатации Необходимость примене- ния большого количества фильтрующего материала До 0,5 Оползневые склоны и от- косы при сплошном, но неяс- но выраженном выклинива-
Дополнительное увеличе- Необходимость примене- До 3, реже до нии подземных вод
ние устойчивости оползне- вых склонов ния большого количества камня 5-6 Обводненные оползшие массы
Простота устройства и эксплуатации Засорение и кольматация фильтрующего материала, особенно при беструбном варианте До 5 — 6 Оползневые склоны, при явном и сплошном выклини- вании в них подземных вод При концентрированном
То же До 1 выходе на оползневый склон родников
То же Малый срок службы и не- Любая практи- При наличии надежного
достаточная надежность при эксплуатации чески необходимая поглощающего водоносного пласта и наличии достаточ- ной разности напоров в дре- нирующем и поглощающем
Простота устройства и Необходимость бурения Любая практи- горизонтах
надежность при эксплуата- ци И скважин больших диаметров чески необходимая При осушении оползневых склонов
Простота устройства Короткий срок службы До 10 — 15 При дренировании ополз- невых склонов
Таблица 5
Выбор системы подземного дренажа
Система дренажей Основные характеристики различных систем дренажей Гидрогеологические и инженерные усло- вия, при которых наиболее целесообразно применение данной системы дренажа
преимущества недостатки
1. Однолинейные
Без поперечных дрен 1 Возможность полного перехвата потока подземных вод небольшой мощности при относительно не- большой протяженности дренажа Недостаточно высокий пе- рехватывающий эффект в пото- ках большой мощности с об- разованием сравнительно узкой депрессионной воронки Узкие, вытянутые в длину дренируемые участки, сложен- ные хорошо проницаемыми грун- тами, в особенности при их распо ложении вблизи водоемов или слабопроницаемых массивов Оползневые склоны
С одной попереч- но ной дреной (Г-образ- I ная однолинейная си- 1 стема дренажа) Возможность более интенсивно- го перехвата подземных вод на од- ном из концевых участков защи- щаемой территории Удлинение дренажа и часто все же еще недостаточно высо- кий дренирующий эффект в по- токах большой мощности Те же условия, что и в п. 1, но при местном уширении дренируе- мого участка и необходимости пе- рехвата здесь потока подземных вод, возникающего в обход дре- нажа
С двумя попереч- ными дренами (П-об- разная однолинейная система дренажа) Еще большая возможность пе- рехвата потока подземных вод с образованием равноуширепной де- пресспонной воронки в сторону участка защиты Еще большее удлинение дре- нажа; иногда все же еще не- достаточный дренирующий эф- фект Те же условия, что и в н. 1, по при равномерном уширении дре- нируемого участка и некотором его удалении от водоема или сла- бопроиицаемого массива
2. Двухлинейныо системы Возможность получения высо- кого дренирующего эффекта на участках защиты с образова- нием широких депрессионных бо- чонок Резкое увеличение протя- женности дренажных линий, ю сравнению с однолинейными .'истемами Широкие участки, расположен- ные вблизи водоемов и сложенные хорошо проницаемыми грунтами
Продолжение табл, д
Системы дренажей Основные характеристики различных систем дренажей Гидрогеологические и инженерные усло- вия, при которых наиболее це ^сообразно применение данной системы дренажа
преимущества недостатки
3. Кольцевые (кон- турные) системы
Одноконтурная Еще большие возможности в от- ношении получения высокого дре- нирующего эффекта на участках защиты, в особенности на водо- разделах Еще большее увеличение протяженности дренажа Островные или полуостровные участки в районе водохранилищ, защищаемые от подтопления. Ло- кальное дренирование грунтов на промышленных площадках и го- родских территориях
1 >—к ND О Многоконтурная Возможность получения обще- го дренирующего эффекта при эксплуатации одновременно рабо- тающих локальных дренажных систем Большие затраты на устрой- ство и эксплуатацию дренаж- ных систем На промышленных площадках и городских территориях находят применение как для целей общего их дренирования, так и для за- щиты отдельных подземных соору- жений
4. Площадные (си- стематические) Неглубокое заложение горизон- тальных дрен. Иногда возмож- ность их совмещения с поверхност- ным водоотводом В горизонтальных дренах — большая протяженность сети и трудность достижения значи- тельных понижений уровня подземных вод на дренируемых участках Применимы при питании дрени- руемого водоносного горизонта «сверху» за счет инфильтрации атмосферных осадков, хозяйствен- ных вод, или «снизу» — за счет напорных вод из нижележащего водоносного горизонта
Продолжение табл. 5
Системы дренажей Основные характеристики различных систем дренажей Гидрогеологические и инженерные усло- вия, при которых наиболее целесообраз- но применение данной системы дренажа
преимущества недостатки
5. Смешанные си- Возможность достижения на дренируемых участках больших понижений уровня подземных вод при помощи трубчатых колодцев, равномерно расположенных по площади В вертикальных дренажах — большое количество трубчатых колодцев и отдельно работаю- щих насосов при необходимо- сти прокладки развитой кол- лекторной сети для отвода дре- нажных вод
с темы С использованием | естественных дрен to Ограничение протяженности дренажа за счет организации отка- чек воды из естественных дрен Иногда недостаточно высо- кая фильтрационная способ- ность естественных дрен из-за кольматации их русел и берегов Необходимость частых рас- чисток этих русел при эксплуа- тации системы Применимы главным образом при защите прибрежных участков от подтопления, при наличии и благоприятном расположении здесь естественных дрен, русла и берега которых сложены хорошо проницаемыми грунтами
При использовании придамбовых дрена- жей В сочетании однолинейных бере- говых дрен с придамбовым дрена- жем — высокая эффективность си- стемы при возможности снижения расходов дренажных вод, отбирае- мых береговой дреной Увеличение общей протяжен- ности дренажной сети Придамбовый дренаж обязате- лен на участках защиты от под- топления, обвалованных высокими дамбами, в тех случаях, когда они находится под большим напором (что особенно важно при высоких горизонтах воды в водохранили- ще)
Глава V
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ
ПОДЗЕМНЫХ ДРЕНАЖЕЙ
1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ
При проектировании подземного дренажа гидрогеологиче-
ские расчеты имеют исключительно важное значение: на основе
расчетов выбирают схемы расположения дренажа, определяют
количество дрен, их размеры и глубину заложения, а также
производят в случае необходимости подбор соответствующего
водоотливного оборудования, назначают размеры водоотводных
устройств.
Выбор расчетных схем для подземного дренажа, применяе-
мого в промышленном и городском строительстве, в основном
определяется граничными условиями дренируемого водоносного
пласта, его гидравлическим состоянием, характером и степенью
неоднородности водосодержащих пород, схемой расположения,
типом дренажных устройств и их положением в водоносном
пласте.
При установлении граничных условий водоносного пласта
необходимо знать расстояние от дренируемого участка до обла-
сти его питания 1\ и естественного дренирования /2, а также по-
ложение водоупорных слоев в почве и кровле этого пласта.
Если область питания водоносного пласта лежит в непосред-
ственной близости от дренируемого участка, то легко опреде-
ляется расстояние до границ этой области. Областью питания
могут иногда служить реки, озера, болота, искусственные водое-
мы, массивы обводненных пород с резко повышенной водопрони-
цаемостью по сравнению с осушаемыми породами, если они
гидравлически связаны с дренируемым пластом и т. п.
Установление границы области питания в случаях отдален-
ности ее от дренируемых участков часто вызывает необходи-
— 122 —
мость проведения значительных съемочных и разведочных ра-
бот, которые не всегда могут быть оправданы.
Для расчета подземного дренажа часто нет особой надоб-
ности в точном определении границы области питания; она мо-
жет быть заменена некоторой условной границей, которую при-
нято называть «радиусом депрессии» дренажных устройств /?.
Хотя с гидромеханических позиций этот термин и не является
приемлемым, тем не менее при практических расчетах во многих
случаях не представляется возможным от него отказаться.
В ряде случаев ограничиваются иногда установлением рас-
хода подземных вод, притекающих к дренируемому участку из
отдаленной области питания, не определяя при этом положения
его верхней границы и напора на ней.
Областью естественного дренирования водоносного пласта
обычно служат долины рек, речек (а иногда и оврагов).
Если область естественного дренирования водоносного
пласта отдалена от дренируемого участка на значительное рас-
стояние и ее определение вызывает необходимость проведения
значительных съемочных и разведочных работ, то она также
может быть заменена условной границей, проведенной на рас-
стоянии так называемого «радиуса депрессии», вызванной рабо-
той дренажных устройств.
Наряду с областями питания и естественного дренирования
границами водоносного пласта в плане могут также иногда слу-
жить контуры водоупорных пород, ограничивающие его с той
или иной стороны.
Положение водоупорных слоев в почве и кровле водоносно-
го пласта предопределяет его граничные условия в разрезе; эти
границы обычно легко устанавливаются при разведке. Лишь в
сравнительно редких случаях определение нижней границы это-
го пласта может вызвать {необходимость в проведении весьма
глубокой разведки, что не всегда может быть оправдано, так
как для расчета дренажных устройств мощность водоносного
пласта может быть принята приближенно на основании имею-
щихся общих данных о геологическом строении района.
В зависимости от гидравлического состояния водоносного
пласта дренажные устройства, применяемые в промышленном и
городском строительстве, могут работать в условиях напорных1
и безнапорных вод. В первом случае эти устройства предназна-
чаются для полного или частичного снятия пьезометрического
напора в водоносном пласте; во втором — дренажные устройства
1 При снижении уровня напорных вод в зоне, непосредственно приле-
жащей к дренажному устройству, возможно в отдельных случаях возник-
новение в этой зоне безнапорых условий. Тогда в целом дренажные устрой-
ства будут работать в смешанных (напорно-безнапорых) условиях. Учиты-
вая, однако, что размер безнапорной зоны обычно невелик (по сравнению с
напорной), расчет дренажных устройств в целом может производиться и в
этих случаях, как для напорных условий.
— 123 —
используются также и для непосредственного осушения водо-
носных пластов.
Характер и степень неоднородности грунтов, слагающих ту
или иную территорию, весьма существенно влияют на расчеты
дренажных устройств. В этом отношении следует выделить:
а) однородные по своей водопроницаемости толщи или мас-
сивы пород; б) неоднородные слоистые в профиле толщи грун-
тов, которые при соотношении — ; — и т. д. <20 и при соблю-
ла ^3
дении условии, что ---- 5 и т. д. <40 (где т\, т2 и т. д.—
^2^2 ^3^3
мощности соответствующих слоев, a ki, k2 и т. д.—их коэффици-
енты фильтрации), через средневзвешенные значения коэффици-
ента фильтрации могут быть приведены к однородной по водо-
проницаемости толще; в) двухслойные в профиле толщи грунтов,
коэффициент фильтрации нижнего слоя k2 которых во много раз
превосходит коэффициент фильтрации верхнего слоя k\
[— 20V в этом случае расходом подземных вод, движущих-
\ /
ся в верхнем слое, можно пренебречь ввиду небольшого удельно-
го значения в общем расходе подземного потока; г) неоднород-
ные в профиле, слоистые толщи грунтов, резко отличающиеся по
водопроницаемости отдельных слоев, которые при соотношении
- , -2 и т. д. >20 и при соблюдении условий > и т. д. >
^2 ^3 kftTt^ /?з/Из
>40 уже не могут быть приведены к однородной толще. В этом
случае расчет производится приближенно по формулам напор-
ного движения подземных вод (пренебрегая их движением в
слабопроницаемых слоях и рассматривая дренирование каждого
хорошо проницаемого слоя независимо от дренирования толщи
в целом); д) неоднородные в плане массивы пород, отдельные
участки которых мало отличаются по своей водопроницаемости
и при соотношении — , —и т. д. <20 и при соблюдении усло-
k2 k3
вий —1, — и т. д. <40 (где /ь 12 и т. д. — длины соответству-
ющих участков; kit k2 и т. д. — их коэффициенты фильтрации),
могут быть приведены к однородному массиву; е) неоднородные
в плане массивы пород, отдельные участки которых резко отли-
^2 ~
чаются по водопроницаемости и при соотношении —, - и т. д. >
>20 и при соблюдении условий —1, k—w т. д. > 40, уже не мо-
^2^ 2 3
гут быть приведены к однородному массиву; в этом случае
движением подземных вод на слабопроницаемых участках мож-
но пренебречь, принимая их практически за водоупор.
Ориентировочные значения коэффициента фильтрации для
различных грунтов приводятся в табл. 6.
— 124 —
Таблица 6
Грунт Коэффиииент фильтрации, в м/сутки Грунт Коэффициент фильтрации в м)сутки
Галечник чистый . . . >200 Супесь 0,8—0,2
Гравий: Суглинок 0,2—0,005
чистый • . 200—100 Глины 0,005 и
с песком 100—75 меньше
Песок: Торф:
крупный гравелистый 75—50 малоразложившийся . 4,5—1
крупнозернистый . . 50—15 среднеразложившийся 1—0,15
среднезернистый . . 15—5 сильно разложивший-
мелкозернистый . . . 5—2 ся 0,15—0,01
глинистый 2—0,8
Подземные дренажи, применяемые в промышленном и го-
родском строительстве, как правило, рассчитываются на дли-
тельные сроки действия, поэтому для их расчета обычно исполь-
зуют уравнения установившегося во времени движения подзем-
ных .вод.
Что же касается подземных дренажей, врлменяемых при
борьбе с оползнями, то для них почти всегда возникает необхо-
димость в определении времени осушения, а следовательно, и в
использовании уравнений неустановившегося во времени дви-
жения подземных вод.
Соответственно этому следует различать и радиусы депрес-
сии в условиях неустановившегося и установившегося движения
подземных вод.
Величина радиуса депрессии в том и другом случае наибо-
лее надежно может быть определена опытным путем.
Лишь при полном отсутствии опытных данных приходится
прибегать к определению радиуса депрессии по имеющимся
расчетным формулам.
В практике дренажа в этих целях в настоящее время широко
используются:
а) при неустановившемся движении подземных вод форму-
ла И. П. Кусакина:
где /?неуст — радиус депрессии на момент времени Т в м;
k — коэффициент фильтрации дренируемого пласта в
м/сек;
Н — высота (или напор) непониженного уровня под-
земных вод в м;
Т — время от начала работы дренажа в час;
р — коэффициент водоотдачи дренируемых грунтов,
средние значения которого приведены в табл. 7.
— 125 —
Таблица 7
Г рунты Коэффициент водоотдачи р. Г рунты Коэффициент водоотдачи р
Тонкозернистые пески и супеси Мелкозернистые пески и глинистые пески . 0,1—0,15 0,15—0,2 Среднезернистые пески Крупнозернистые и гра- велистые пески . . . 0,2—0,25 0,25—0,35
б) при установившемся движении подземных вод
эмпирическая формула И. П. Кусакина — в безнапорных
условиях:
/?,„ = 25/а7?; (V-2)
эмпирическая формула В. Зихардта—в напорных условиях.
/?yCT=10S]/A, (V-3
где S — понижение уровня воды в дренаже (считая от непони-
женного) в м;
k — коэффициент фильтрации в м!сутки;
Н — мощность дренируемого пласта в м.
Значения «радиуса депрессии», получаемые по этим форму-
лам, следует рассматривать как весьма приближенные.
Как уже указывалось выше, для интенсификации процесса
дренирования водоносных пластов в ряде случаев рекомендуется
использовать принцип вакуумирования. Расчеты дренажных
устройств (иглофильтры, забивные фильтры, трубчатые колод-
цы и т. п.) при вакуумировании производят по обычным методам
(см. ниже), но в этом случае к заданной величине понижения в
них уровня или напора S прибавляется еще величина вакуума
ЛВ8К, т. е. за 5Р принимается S-Ь^вак-
Существующие методы гидрогеологического
расчета подземных дренажей и условия
их применения
Существующие методы гидрогеологического расчета подзем-
ных дренажей могут быть разделены на:
теоретические (аналитические и графические) и метод ко-
нечных разностей, предложенный Г. Н. Каменским;
экспериментальные методы (ЭГДА и гидравлических анало-
гий— гидроинтегратор В. С. Лукьянова);
смешанные (совместное использование теоретических и экс-
периментальных методов).
В практике проектирования дренажей в промышленном и го-
родском строительстве наиболее широкое распространение полу-
— 126 —
чили аналитические методы. Следует, однако, отметить, что воз-
можности применения аналитических методов все же ограниче-
ны, так как расчетные формулы, основанные на них, (получены
лишь для сравнительно простых схем расположения дренажей в
плане при их заложении в водоносные пласты однородного стро-
ения.
Значительно большие возможности в этом отношении имеет
метод ЭГДА; при его помощи и последующих пересчетов пред-
ставляется возможным строить сетки установившегося движе-
ния подземных вод как в плане, так и в профиле для самых раз-
нообразных (в том числе и сложных) схем расположения дрена-
жей, а по сеткам подсчитывать соответствующие им дебиты
(т. е. получать полную картину распределения напоров и расхо-
дов в зоне действия дренажа в профиле или в плане). Во многих
случаях при этом представляется возможным учесть и неодно-
родность строения горных пород в отношении их водопроницае-
мости как в профиле, так и в плане.
Метод ЭГДА достаточно прост и портативен; в особенности
он плодотворен ;в тех случаях, когда сочетается с применением
аналитических формул («смешанный» метод), так как это дает
возможность производить расчеты дренажей различных типов
при сложных схемах их расположения и условиях работы. Что
касается графического метода, то он громоздок и трудоемок;
при наличии возможности применения метода ЭГДА надобность
в использовании графического метода обычно не возникает. Во
всяком случае графический метод при расчете дренажных
устройств должен рассматриваться как вспомогательный.
Метод конечных разностей и гидроинтегратор В. С. Лукья-
нова обычно используются для решения задач по неустановив-
шемуся движению подземных вод, что позволяет при их помощи
устанавливать развитие депрессионных кривых во времени, при
этом оба метода характеризуются большой трудоемкостью.
Глава VI
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ДРЕНАЖЕЙ
1. РАСЧЕТ ОДНОЛИНЕЙНОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО
ДРЕНАЖА
Однолинейные горизонтальные дренажи находят весьма ши-
рокое применение как в промышленном, так и в городском
строительстве (при -строительстве береговых и головных дрена-
жей).
Расчеты головных и береговых однолинейных дренажных
систем аналогичны и производятся по однотипным формулам.
Они заключаются:
в установлении оптимального 'положения головной или бе-
реговой дрены по отношению к береговой линии водоема, при
котором ее дебит при прочих равных условиях приближается
к минимальным своим значениям; особо актуальное значение
этот вопрос приобретает для береговых дрен, для которых, как
правило, приходился прибегать к принудительному отводу дре-
нажных вод (к их откачке);
в выборе необходимой глубины заложения дрены;
в установлении дебита дрен как в процессе формирования
заданных депрессионных кривых, так и после их формирова-
ния; во многих случаях ограничиваются только установлением
дебита при установившемся движении (т. е. после сформирова-
ния заданных депрессионных кривых);
в построении депрессионных кривых на дренируемой тер-
ритории.
Методы аналитического расчета однолинейных головных и
береговых дрен горизонтального типа разрабатывались как у
нас (С. Ф. Аверьяновым, В. И. Аравиным, В. В. Ведерниковым,
— 128 —
Н. Н. Веригиным, Н. К. Гиринским, Н. Е. Жуковским,
В. С. Козловым, А. Н. Костиковым, С. Н. Нумеровым,
А. В. Романовым, М. В. Сыроватко, Р. Р. Чугаевым и др.),
так и за рубежом (Дюпюи, Ф. Форхгеймер и др.).
В практике проектирования подземного дренажа наиболее
часто встречаются два случая расположения дренажей по отно-
шению к границам областей питания и естественного дренажа
подземных вод.
Рис. 75. Однолинейный дренаж при заданных напорах
на верхней и нижней границах
Первый случай. Дренируемая территория, а следовательно,
и однолинейный дренаж, расположенный на ней, находятся ме-
жду двумя границами с заданными напорами подземных вод
на них, например на верхней границе, служащей областью пи-
тания потока подземных вод, проходит староречье, болото
и т. п., а на нижней, являющейся областью естественного дре-
нажа для этих вод, протекает река, находится овраг и т. п. Ра-
бота дрен при этом не изменяет напора на контурах питания и
естественного дренажа (рис. 75). Сюда же следует отнести слу-
чай расположения однолинейного горизонтального дренажа
вдали от рек (т. е. на водораздельных участках), когда при его
работе формируется устойчивая во времени воронка депрессии,
а ее границы определяются величиной радиуса депрессии R.
В этом случае для расчета дренажа могут быть использо-
ваны следующие расчетные формулы.
В напорных условиях
Для определения дебита однолинейных горизонтальных
дрен совершенного типа (рис. 76) — преобразованная формула
Дюпюи — Кусакина:
Q„=A(2//s-m)m[i +Д-1, (VI—1)
I -*\i -Кз J
где Qo — дебит дрены на 1 м ее длины;
Hs—непониженный напор в водоносном пласте в месте
расположения дрены;
9 Зак. 703
— 129 —
т—мощность пласта;
Ri— расстояние до области питания;
R2— расстояние до области естественного дренажа.
Для определения дебита однолинейных горизонтальных
дрен несовершенного типа (рис. 77)—формула автора:
Qo — k
(VI-2)
(2S — т0) т0
2Rt
(2S — т0) т0
2Rt
7tS
2Т , nRr/b
1п~.а + ~7Г
Рис. 76. Схема к расчету однолинейного горизонтального дре-
нажа совершенного типа при его работе в напорных условиях
где S —понижение напора воды в дрене;
то — глубина вскрытия дреной водоносного пласта, равная
т—Т\
Т —расстояние от подошвы пласта до дна дрены;
d —диаметр дрены или ширина дренажной траншеи
L=Rx + R2 + d.
Для построения пьезометрической депрессионной кривой по
линии, направленной нормально к дрене, — формулы С. Ф.
Аверьянова:
в сторону области питания
= (VI—3)
в сторону области естественного дренажа
(VI—4)
где х — расстояние до искомой точки кривой от дрены;
— 130 —
1
A = 1,471g-------------—
« (mt 4- d)
МП------------
2m
(находится по графику рис. 78).
Величины Kj и a2 при работе совершенных дрен равны
единице и в формулах (VI—3) и (VI—4) опускаются
В безнапорных условиях
Рис. 77. Схема к расчету однолинейного горизонтального дре-
нажа несовершенного типа при его работе в напорных усло-
виях
Для определения дебита однолинейных горизонтальных
дрен совершенного типа (рис. 79)—формула Дюпюи:
k
(VI—5)
2 L Я. ’
где Нх — напор на границе области питания;
Нг—~ напор на границе области естественного дренажа;
Hs— мощность безнапорного водоносного пласта в месте
расположения дрены.
Для определения дебита несовершенных дрен (рис. 80) —
формула А. В. Романова:
Ri
2r.(Hs—T)
Т ,
лгс
(VI—6)
TL
‘ к,
где ^ = -|/Hi} + Hl',
9*
— 131 —
h^Hx-T\ h2 = H.,-T-
l^r. + r,.
Для построения депрессионной кривой по линии, направлен-
Рис. 80. Схема к расчету
однолинейного горизонталь-
ного дренажа несовершен-
ного типа при его работе в
безнапорных условиях
Рис. 79. Схема
к расчету одно-
линейного гори-
зонтального
дренажа совер-
шенного типа,
при его работе
в безнапорных
условиях
— 132 —
ной нормально к дрене совершенного типа (рис. 79) в сторон
области питания, — по формуле
Я' = 1(VI—7)
в сторону области естественного дренажа — по формуле
(VI—8)
где х— расстояние от дрены до искомой точки Нх (в любую сто-
рону имеет положительное значение).
Для построения депрессионной кривой по линии, направлен-
ной к дрене несовершенного типа (рис. 80), — по формуле
А. В. Романова:
//x=2»-in
Ttk
+ 7-)’ (V*-9)
\ 2 L / A/o ' /
где H x—глубина потока подземных вод при работе дренажа на
расстоянии х от средней линии Оу (рис. 80), проходя-
щей на половине расстояния от границ потока •— (счи-
тая от подошвы пласта);
х —расстояние искомой точки депрессионной кривой до
средней линии Оу; при этом к области питания х бу-
дет иметь отрицательные значения, а к области есте-
ственного дренажа — положительные;
Хо — расстояние от средней линии Оу до дрены;
Т’о=Т’+Л-4^; й, = Я,-Г; Ъ=Нг-Т',
Н\ — уровень подземных вод в области питания, считая от
Т
водоупора;
Н<2 — то же, в области естественного дренажа;
— превышение несовершенной дрены над водоупором.
-ъ(Х-Х0) |
Значения In 1 — е
находятся по графику (рис. 81); при
То
----— =4-5 величина
То
In 1 — е
X — Хв) —- (х — х(.)
------а при '
Та
Т0
этом следует иметь в виду, что при
—it(X—Ло)1
Ти (становится равной =
= — 5, равной нулю.
Приведенные выше расчетные формулы применимы для рас-
чета дрен в условиях сформировавшейся депрессионной воронки
(т. е. при установившемся движении к ним подземных вод).
В период же формирования воронки расходы дренажных вод
— 133 —
будут большими, а положение депрессионных кривых более вы-
соким.
Время, потребное для осушения водосодержащих пород на
участке между непониженным (статическим) и пониженным
уровнями подземных вод (см. рис. 75), при сформировавшейся
депрессионной поверхности весьма просто, но вместе с гем и
очень приближенно может быть определено по формуле
К. Лембке:
/?2
Т=—, (VI-10)
k
3— ha
UL
где Ry — предельный радиус депрессии или среднее расстояние
до областей питания и естественного дренажа; при
Рис. 81. График для определения значения In
(по А. В. Романову)
—134 —
большей разнице расстояний величина Т может быть
подсчитана отдельно для каждого участка воронки пу-
тем подстановки в формулу (VI—10) значений Rx и
Rz\
k— коэффициент фильтрации водосодержащих пород;
pi — их водоотдача (для скальных и полускальных пород,
трещиноватость);
ha— средняя мощность осушаемой зоны, считая над пони-
женным уровнем воды.
Из формулы (VI—10) можно определить радиус зоны осу-
шения на любой отрезок времени t:
(VI—11)
Рис. 82. Схема к расчету развития депрессионных
кривых во времени
а — при заданном напоре; б — при заданном расходе
Тогда, задаваясь различными значениями t2, t3 и т. д.,
по формуле (VI—10) можно определить соответствующие им
радиусы Rtlt Rt„ Rt3... и т. д., а затем, подставляя их в формулы
дебита дрен, подсчитать соответствующие величины дебитов на
тот или иной отрезок времени периода полного осушения Т.
Несколько точнее, с построением депрессионных кривых на
тот или иной отрезок времени t, тот же расчет может быть вьь-
полнен по методу Н. Н. Веригина.
Глубина потока подземных вод между областью питания
(или соответственно областью естественного дренажа) в каком-
либо заданном сечении х (рис. 82,а) в любой отрезок времени t
может быть определена в этом случае по формуле
где he — естественная глубина потока в сечении х (т. е. до осу-
шения);
h\ — естественная глубина потока в месте расположения
дренажа;
й0 — глубина воды в месте расположения дрены, считая от
водоупора.
— 135 —
I
r
5
— 136 —
— 137 —
Функция 5
/? -Д Л?
а~~ (коэффициент пьезопроводности), hs = п,
быть подсчитано
находится по графику (рис. 83),
т — —; <
а изменение дебита дрены во времени может
по формуле
(VI- 13)
соответственно в
= 0 (рис. 84).
и для напорных
в них, за-
2тН0 (где
величину
k
Q, - [?о+k —s, , ?„jj.
где Qt— дебит на 1 м длины дрены;
at ,H2-ho
; qQ = k-------;
Я2 0 2R ’
Н — напор воды в области питания (или
области естественного дренажа);
С* _ f { Х \ X
°x~j у находится по графику при ~
Те же формулы могут быть использованы
условий, если величины Л2, А.|, Л , Ао, входящие
менить соответственно на 2тН, 2тНе, 2mHlt
пг—мощность напорного водоносного пласта), а
коэффициента пьезопроводности принять равной а=
1 [|х?в 4* Рпор]
где у—удельный вес воды, равный 1 т!м3;
Рв=~ и Рпор=_——величины, обратные коэффициентам
£пор
упругоемкости соответственно воды и пород.
Коэффициент упругоемкости воды может быть принят:
Ев ~2 100 т/м2; значения коэффициента упругоемкости пород ко-
леблются в больших пределах и определяются при лаборатор-
ных испытаниях образцов пород с ненарушенной структурой. По
данным П. Н. Панюкова, они характеризуются:
для гранита Епор ~2,22 • 104 т/м2;
для песчаника Епор ~от 3,08-104 до 4,64 • 104 т/м2;
для известняка ЁПОр —от 5,88-104 до 8,62 • 104 т/м2.
Более же надежно коэффициенты пьезопроводности напор-
ных пластов могут быть определены по данным опытных или
эксплуатационных откачек.
Второй случай. Дренируемая территория расположена
вблизи области естественного дренажа подземных вод, а со
стороны водораздела из отдаленной области питания к ней на-
правляется безнапорный поток подземных вод с расходом Qi
(рис. 85). Напор на нижней границе потока (в области есте-
ственного дренажа) и расход потока подземных вод из обла-
сти питания при работе дренажа остаются неизменными.
В этом случае (рис. 86) для расчета дренажа могут быть
использованы следующие формулы.
— 138 —
При определении дебита .как совершенных, так и несовер-
шенных дрен — формула С. Ф. Аверьянова:
Qo:=7^^fQi + -ri(W7'1'’)]. (Vi-14)
U~rai)L К J
При построении депрессионной кривой в сторону водораз-
дела — формула С. Ф. Аверьянова:
гл 1 + ~
Hx = h« + + А-------М-----, (VI-15)
1(1+=!) J L (1+«1)*Г3 к 7
1 1
где «1 =--------- ; ax .
h* ho
1 + -+Л' 14-—Л'
R .к
Рис. 85. Однолинейный дренаж при заданном
расходе со стороны водораздела Qt
Рис. 86. Схема к расчету однолинейного го-
ризонтального дренажа при заданном бы-
товом расходе Qi со стороны водораздела
A'=l,47 1g—-— определяем по графику рис. 78,
Ttd
sin —
2ft0
та 4- d d
при этом вместо величины —------- значение — ;
tn ho
подставив
— 139 —
Н — напор воды на контуре естественного дренажа
над водоупором;
Ао— превышение уровня воды в дрене над подошвой
пласта;
х—расстояние от дрень» в сторону области питания
до точки, для которой определяется величина Нх;
d— диаметр дрены или ее ширина по дну;
'Р ho
11 = —-— —средняя мощность потока на участке от дрены до
области естественного дренажа; •
7*а — — средняя мощность потока в сторону области пи-
тания на участке от дрены до расчетного сечения
х (приближенно Т2 может приниматься равным
Ло).
Для построения депрессионной кривой в сторону области
естественного дренажа:
/Л=|/ -^-(Н2 + Л?)Л?, (VI-16)
где R—расстояние от дрены до контура естественного дре-
нажа.
В том случае, если естественная дрена (река, овраг и т. п.)
неполностью прорезает дренируемый водоносный пласт и яв-
ляется как бы несовершенной, вместо величины R, входящей в
расчетные формулы, вводится значение
R = R 4- 0,44 h0. (VI-17)
Время осушения на участке между областью естественного
дренажа и горизонтальной дреной (см. рис. 82,а) может быть
определено так же, как и в первом случае. Что касается уча-
стка, лежащего от дрены в сторону области питания (см.
рис. 82,6), то для расчета времени осушения на нем могут быть
использованы следующие формулы Н. Н. Веригина:
для определения глубины потока
h = | Л,2 - (hl - hl) [1 - Ф (л)];
для определения дебита дрены
(VI—18)
(VI-19)
k (Л? - h20)
где Х = —-— Ф(Ь)— интеграл вероятности, определяется
2 Vat ’
по графику (рис. 87).
Все приведенные выше формулы для расчета однолиней-
ных горизонтальных дрен полученьи исходя из весьма большой
их протяженности. Дренирующее действие коротких дрен мень-
— 140 —
me длинных. Поэтому при расчетах де-
бита коротких дрен и построениях
кривых депрессии в районе их дейст-
вия следует вводить в них коэффици-
ент короткости X (для дебита) или
1
обратную ему величину “ (для кри-
вых депрессий), т. е., иначе говоря, де-
биты, получаемые по формулам, ум-
ножить на величину X, а подсчитан-
ные значения = Н — Нх— на
К
Коэффициент короткости X по С. Ф.
Аверьянову зависит от отношения дли-
ны дрены В к ширине потока Во, а
также от отношения той же длины В
к расстоянию R2 от дрены до обла-
сти естественного дренажа подзем-
ных вод (рис. 88). Его значения
приводятся в табл. 8.
Рис. 87. График функции
Ф(Х) (по Н. Н. Веригину)
Рис. 88. Схема к определению коэффициента короткости X
Таблица 8
в//?2 tops
0 0,05 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,1
0.05 8 7,6 6,3 4,22 3,08 2,4 1,96 1,65 1 42 1,26 1,11 1
0,1 5 4,9 4,6 3,64 2,86 2,31 1,91 1,63 1,41 1,25 1,11 1
0,25 2,69 2,69 2,69 2,64 2,35 2,06 1,91 1,58 1,39 1,23 1,11 1
0,5 1,9 1,9 1,89 1,87 1,84 1,77 1,63 1,5 1,36 1,22 1,11 1
1 1,44 1,44 1,44 1,44 1,44 1,43 1,4 1,37 1,29 1,21 1,1 1
2 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24 1,22 1,2 1,18 1,16 1,1 1
3 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,15 1,14 1,14 1,1 1
4 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 1,11 1,1 1
5 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1,09 1
10 1,04 1,04 1,041,041,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1,04 1
— 141 —
При этом для построения депреосионных кривых в зоне дей-
ствия дренажа можно приближенно считать, что коэффициент
короткости Л посередине дренажа может быть принят равным
единице; на концевых же его участках он равен полной величи-
не, получаемой цо табл. 8.
2. РАСЧЕТ ДВУХЛИНЕЙНОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО
ДРЕНАЖА
Расчеты двухлинейных горизонтальных дрен производятся
методом подбора и заключаются: в выборе расстояния между
дренами, при которых депрессионная кривая обеспечивает не-
обходимое понижение напора или уровня подземных вод на
дренируемом участке; в определении дебита каждой из дрен; в
построении депрессионных кривых на дренируемом участке; в
определении времени, необходимого для сформирования задан-
ных депрессионных кривых на том же участке (определяется
лишь в отдельных случаях).
Методы расчета взаимодействующих между собой двухли-
нейных горизонтальных дрен разрабатывались рядом авторов
(А. Н. Костиковым, В. С. Козловым, С. Н. Нумеровым, А. В. Ро-
мановым и др.). При этом следует отметить, что если дрены
являются совершенными, то они при установившемся движении
подземных вод уже не взаимодействуют друг с другом и рассчи-
тываются как однолинейные системы при одностороннем прито-
ке к ним воды.
В городском и промышленном строительстве двухлинейные
системы находят применение, например, в тех случаях, когда
для получения требуемого дренирующего эффекта одной линии
в виде береговой дрены, расположенной вблизи водоема, оказы-
вается недостаточным. Тогда в некотором расстоянии от нее,
обычно на верхней границе дренируемой территории, укладыва-
ют вторую, головную дрену.
При осушении оползневых склонов двухлинейные системы
вообще не применяются.
Для расчета двухлинейных горизонтальных дрен могут быть
использованы следующие расчетные формулы.
В напорных условиях
Для определения дебита двухлинейных горизонтальных
дрен совершенного типа (рис. 89) — преобразованные формулы
Дюпюи—Кусакина:
Qj _ М2.я*~ (VI—20)
2/?i
(VI—21)
2r'2
— 142 —
где Qi и Qu— дебиты, соответственно I и II дрен при притоке
к ним воды с одной стороны, т. е. после того
как будет сформирована установившаяся кри-
вая депрессии;
и R'z — расстояния до границ потока соответственно
от I и II дрен;
HsX и Hs2— непониженные напоры в местах расположения
соответственно I и II дрен;
tn — мощность напорного пласта;
k — коэффициент фильтрации напорного пласта.
Рис. 89. Схема к расчету двухли-
нейного горизонтального дренажа
совершенного типа при его рабо-
те в напорных условиях
Дебиты двухлинейных горизонтальных дрен несовершенно-
го типа (рис. 90) могут быть определены путем решения систе-
мы из двух уравнений А. В. Романова, имеющих следующий
вид:
Q! = ~k (Н' — /Уо1)_ . m i—22)
* Т ’
1п---+
~rcl TL
Qn'=-----, (VI—23)
т
In 4-
~rc2 TL
Рис. 90. Схема к расчету
двухлинейных горизонталь-
ных дрен несовершенного
типа при их работе в напор-
ных условиях
— 143 —
где Qi и Qu — дебиты соответственно I и II горизонтальных
дрен на 1 м их длины;
//01 и //02”" напоры воды соответственно в I и II (над по-
дошвой -пласта) дренах;
Т — мощность напорной зоны;
Н' — величина напора воды в месте расположе-
ния I дрены при работе II дрены;
И"— величина напора воды в месте расположения
II дрены при работе I дрены;
гС1 и г„— радиусы соответственно I и II дрен.
Величины И' и Н" определяются по формулам:
Tt k
+(4--
\ •A /
/ 1
kT \ 2
(VI-24)
t “-k
*01) . * .
1-^ r
—(VI-25)
kT \ 2 L ) v 7
где A'oi и .to2 — расстояния от некоторой линии (начало коор-
динат), проходящей посередине между областя-
ми питания и естественного дренажа подземных
вод соответственно до I и II дрен.
Для определения дебита каждой из дрен по этому методу
вначале подставляем все известные численные значения в фор-
мулы (VI—24) и (VI—25), кроме QJ и Qn, соответствующим об-
разом преобразовываем и упрощаем их, затем подставляем пре-
образованные формулы в уравнения (VI—22) и (VI—23) вместо
величин И' и Н" и численные значения остальных известных ве-
личин (кроме Qi и Qn), также преобразовывая и упрощая их.
В результате преобразований получаем систему из двух
уравнений с двумя неизвестными Qi и Qu, решая которые
определяем величины Qi и Qn,
Величины In
1-е т
и In
~'гс(.ЛГиу—Xqi)
1-е т
по
го
ве
графику (см. рис. 81).
находятся
При работе двухлинейных горизонтальных дрен совершенно-
типа пьезометрический уровень в междудренном лространст-
при сформировавшейся депрессионной воронке устанавли-
вается примерно на уровне воды в самих дренах. Депрессион-
ные же кривые в сторону от дрен могут быть подсчитаны по
формулам (VI—3) и (VI—4), приняв в них/?2=#2 и а, и а2 = 1.
Ординаты пьезометрической депрессионной кривой по нор-
— 144 —
мали к несовершенным дренам могут быть подсчитаны по урав-
нению А. В. Романова:
—1ЦЛ —-Vol)
। _ ^1/2. _ -П + ц„ + к, (VI-26)
kT \ 2. L ) ” L
Рис. 91. Схема к расчету
двухлинейного горизонталь-
ного дренажа совершенного
типа при его работе в без-
напорных условиях
где х — расстояние от средней линии Оу (рис. 90) до точки, в
которой определяется величина Нх .
Го — расстояние до той же точки от области естественного
дренажа.
и In 1— е
При определении величин In 1—е т
следует использовать график, изображенный на рис. 81.
тс(х—хоа)
7'
В безнапорных условиях
Дебит двухлинейных горизонтальных дрен совершенного
типа (рис. 91) определяется по преобразованным формулам
Дюпюи: krf (VI-27) kH% Qn=—. (VI-28) 2/?2
Депрессионные кривые в сторону от совершенных дрен стро-
ятся по формулам (VI—7) и (VI—8). Что касается положения
пониженного уровня подземных вод между двумя дренами, то
этот уровень после сформирования депрессионной воронки уста-
навливается здесь примерно на отметках воды в самих дренах.
Для расчета двухлинейного горизонтального дренажа несо-
вершенного типа (рис. 92) могут быть использованы формулы
А. В. Романова:
10 Зак 703
— 145 —
Qi = <7i + ?з,
Qn== q'z + q\,
kh2
дебит первой дрены
дебит второй дрены
где
q\ =
. khl
qz = —- ; h., = H., — T.
2/?2
(VI-29)
(VI-30)
Рис. 92. Схема к
расчету двухлиней-
ного горизонталь-
ного дренажа не-
совершенного ти-
па при его работе
в безнапорных ус-
ловиях
Величины дз и qi находятся путем совместного решения
системы двух уравнений (VI—22) и (VI—23) приняв в них
Qi' = д'з и Qli = д\.
Ординаты депрессионной кривой при работе двух горизон-
тальных дрен несовершенного типа могут быть подсчитаны тю
уравнению (VI—26) путем замещения в нем величины Т зна-
чением
Так как рассмотренный выше метод расчета двух горизон-
тальных дрен несовершенного типа достаточно громоздок и кро-
потлив, то автором для случая симметричного их расположения
по отношению к областям питания (рис. 93) (т. е. когда в рас-
четах приходится оперировать величиной «радиуса депрессии»)
этот метод был существенно упрощен.
Если принять НХ=Н2=Н\ 02= Н0;
rC1 s= rC1 =i гс, а расстояние между рядами обозначить через В,
то дебиты каждой дрены будут между собой равны
(т. е-Qi^Qn—Qo, а х01=----- и х02 = — .
В этом случае отпадает необходимость в решении системы
— 146 —
уравнений при определении дебита дрен. Эти дебиты для напор-
ных условий могут быть подсчитаны непосредственно по фор-
муле
~k(H — Но)
kR
А'— В’— —
ЧТ
-RB
(VI—31)
где
т.В
Т . r.R (В 4- R}
nrc Т (В + 2R) ’
Рис. 93. Схема к расчету двухлинейного горизонтального дре-
нажа при работе в напорных условиях и симметричном его
расположении по отношению к областям питания
Было упрощено также и уравнение для построения пьезо-
метрической депрессионной кривой по линии, направленной нор-
мально к двухлинейному горизонтальному дренажу:
R , xR
2kT kT (В 4- 2R)
2kT
(BA- R)x
kT(B-\-2R)
+H. (VI-32)
Для точки, лежащей посередине между двумя дренами,
уравнение
(VI —32) принимает вид:
• Г 1 --
—In 1-е 2Г
ПК
R
2kT
1 I
+ ~~ In 1 - &т
r.k
bar
2kT
(VI-33)
10*
— 147 —
Что касается расчета двухлинейных горизонтальных дрена-
жей несовершенного типа при их работе в безнапорных водах,
то его упрощение состоит в следующем:
в использовании упрощенной формулы (VI—31) при опреде-
лении расхода, получаемого дренами за счет напорной зоны
потока;
в подстановке в уравнения (VI—32) и (VI—33) величин
суммарного притока Qo = q\ + Цъ или <72 +
Вопрос о времени осушения для данной схемы пока не раз-
работан. Однако для приближенных расчетов в этом случае
могут быть использованы имеющиеся решения И. А. Чарпого
для контурных схем, которые имеют следующий вид.
В напорных условиях
Для схемы расположения дренажа в неограниченном по
простиранию пласте
' • < VI—34)
F-I
— Ei I —--I
\ 4at /
Для схемы расположения дренажа вблизи границы! области
питания
(VI-35)
где Q общ — суммарное количество дренажных вод, отобран-
ных из водоносного пласта на момент времени осу-
шения t от начала работы дренажа;
k— коэффициент фильтрации водоносного пласта;
т— его мощность;
5Ц — необходимое понижение в центре дренируемого
участка, которое будет достигнуто через заданное
время /;
(см. стр. 137);
t— искомое время осушения;
г0— приведенный радиус дренажного контура (см. ни-
же главу VII);
7?— расстояние от границы области питания до середи-
ны дренажного контура (или установившийся ра-
диус депрессии);
Ei— интегральная показательная функция, значения
которой могут быть определены по графику
(рис. 94).
— 148 —
— ) <—0,01 или даже 0,1
(что часто имеет’место через весьма короткое время после на-
чала работы дренажа) функция
, 2,25д*
— In--------
9
что существенно упрощает расчеты.
(R2 \
— ) < —0,01 или
at /
„. / . 0,56^
зависимость сл (-----I принять — ш - —.
0,1 можно
о)
0,0010.005 0,010,0450.070 0075 003 0035 00400045 00500055 0050 0055 UO'O0,075 00300035 00300035 0,1
Рис. 94. График для определения функции Ei (по Ф. М. Бочеверу)
а — для X от 0,001 до 0,1; б — для X от 0.1 до 1; в — для X от 1 до 3.5
— 149 —
В безнапорных условиях
При работе дренажа в неограниченном по простиранию
пласте
При расположении дренажа вблизи границы области пи-
тания
2-k (hz —
(VI—37)
— Ei
где h — первоначальная мощность безнапорного пласта;
h0 — высота пониженного уровня подземных вод в том же
пласте в центре дренажного контура при его осушении
на момент времени /;
Стр. 137);/г5 = ^±А°
•л 2
Зная дебиты дренажа при установившемся движении под-
земных вод и требуемое понижение в центре дренажного конту-
ра, нетрудно найти методом подбора из приведенных формул
время t, потребное для осушения того или иного участка.
3. РАСЧЕТ КОЛЬЦЕВОГО ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА
Кольцевые горизонтальные дренажи находят весьма широ-
кое применение в городском и промышленном строительстве.
Такие дренажи работают обычно в безнапорных водах.
Задача о притоке воды к кольцевому горизонтальному дре-
нажу совершенного типа является плановой, а в случае его не-
совершенства — пространственной. Ни та, ни другая задача по-
ка не имеет строгого решения, пригодного для практического
использования. Поэтому в практике проектирования дренажей
эту задачу приближенно сводят:
при дренах совершенного типа — к однолинейному дрена-
жу с односторонним притоком к нему воды;
при дренах несовершенного типа — к двухлинейному дре-
нажу (рис. 95).
Расчет кольцевого дренажа совершенного типа производит-
ся при одностороннем притоке воды с использованием формул
Дюпюи:
для дебита
(VI—38)
— 150 —
для депрессионных кривых в сторону от дренажа
= j (VI-39)
где R — радиус депрессии;
И — напор воды на расстоянии R От дренажа;
Нх — пониженный напор воды на расстоянии х от дрены.
Пониженный уровень подземных вод внутри кольца, как по-
казывает опыт, устанавливается примерно на отметках воды в
дренах.
Рис. 95. Схема к расчету кольцевого горизонталь-
ного дренажа несовершенного типа
Расчет кольцевого дренажа несовершенного типа может
быть выполнен по методу А. В. Романова с использованием рас-
четных формул (VI—31), (VI—32) и (VI—33), упрощенных ав-
тором для данной схемы.
Порядок расчета кольцевого горизонтального дренажа при-
нимается следующим. Вначале выбирается или определяется
расчетом радиус депрессии. Затем подсчитывается дебет дре-
нажа на 1 м его длины и суммарный и, наконец, строятся де-
прессионные кривые.
4. РАСЧЕТ ПЛОЩАДНОГО (СИСТЕМАТИЧЕСКОГО)
ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА
Расчет площадного дренажа сводится к определению рас-
стояний между дренами и подсчету их дебита.
Расстояние между дренами совершенного типа (рис. 96)
определяется по формуле Ротэ
2а = 21/ А(Й,„ — Ао),
I/ IV
(VI—40)
где 2а — искомое расстояние между дренами;
W — интенсивность просачивания атмосферных осадков
или хозяйственно-промышленных вод в грунте, выра-
женная толщиной слоя воды в единицу времени (при-
— 151 —
нимается в тех же размерностях, что и коэффициент
фильтрации k, т. е. в м/сутки)\
Лмакс—' максимальная высота пониженного уровня подземных
вод в междудренном пространстве над водоупором;
Ло— превышение уровня воды в дрене над водоупором.
Так как величина h0 обычно весьма мала по сравнению с
Лмакс, то ею практически можно пренебрегать.
Значение W устанавливается опытным путем; для средней
полосы Советского Союза ориентировочно может быть принято
Рис. 96. Схема к расчету пло-
щадного (систематического)
горизонтального дренажа со-
вершенного типа
в легких суглинках и супесях 0,001—0,002 м! сутки; в песках
0,002—0,005 м/сутки.
По данным П. Ф. Горбачева, эта величина колеблется от
0,00346 м/сутки в старых неблагоустроенных городах до
0,00129 м/сутки при примитивном благоустройстве городов, т. е.
чем благоустроеннее городская территория, тем меньше вели-
чина W.
Расстояние между дренами несовершенного типа может
быть определено по формуле С. Ф. Аверьянова
Т — расстояние от центра дрены до водоупора;
^макс \ *^0»
где
Нх— глубина погружения дрен под непониженный уро-
вень подземных вод;
50— норма осушения;
Б1 —2Б; Б = 1,471g--------; гс — радиус дрен.
Дебит каждой дрены длиной L:
Q — VWaL,
(VI—42)
— 152 —
5. РАСЧЕТ ПЛАСТОВОГО ДРЕНАЖА
Расчеты пластового дренажа заключаются в определении
притока воды; построение депрессионных кривых внутри защи-
щаемого контура не требуется, так как сплошной фильтрующий
слой под сооружением не только устраняет напор гравитацион-
ной воды, но и отрывает от подошвы сооружения также и ка-
пиллярную воду.
Приток воды к пластовому дренажу может быть определен
ио формуле автора:
(VI—43)
где Q — суммарный приток воды в пластовый дренаж;
k — коэффициент фильтрации дренируемого пласта;
h — понижение уровня воды при работе пластового дре-
нажа;
R — радиус депрессии;
Т — расстояние от основания пластового дренажа до водо-
упора;
Го — приведенный радиус контура сооружения, защищаемо-
го пластовым дренажем (см. ниже).
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УЧАСТКА ВЫХОДА ВОДЫ
В ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ДРЕНЫ
При построении депрессионных кривых пониженного (в
результате действия дренажа) уровня безнапорных подземных
вод, а равно и при установлении высоты дренирующей обсыпки,
необходимо учитывать величину участка выхода воды в дрену.
Для подсчета этой величины в горизонтальных дренах со-
вершенного типа следует использовать графики П. Я. Полуба-
риновой-Кочиной (рис. 97).
А. В. Романов предложил их использовать также и при рас-
чете несовершенных горизонтальных дрен, применив для этого
следующий расчетный прием. Расход воды равномерно распре-
деляется по ее периметру, ограниченному уровнем воды <в дре-
не (рис. 98). Тогда отдельные части этого периметра дрены, вос-
принимающие расходы со стороны области питания Qi и со
стороны области естественного дренажа Q2, будут соответст-
венно равны:
р —- и р — (где Qo — дебит дрены на 1 м ее длины и р —
Qo
153 —
длина периметра дрены, лежащая ниже уровня воды в ней).
Радиальный поток из области питания Qi приводится к
плоскому с тем же расходом и заданными граничными услови-
Рис. 97. Графики для определения вели-
чины участка выхода воды (Ло) в гори-
зонтальные дрены
ями, что и в радиальном
потоке. Высота столба во-
ды плоского потока по
своей величине прини-
мается равной части пе-
риметра, воспринимаю-
щей расход из области пи-
п
тания Р
Qp
Длина приведенного
потока /лр определяется
по уравнению
о ( Q* VI
MJ]
2Q.
(VI-44)
Аналогичным образом
определяется высота уча-
стка выхода воды в дрену
и со стороны области
естественого дренажа. В
Рис. 98. Схема к определе-
нию величины участка вы-
хода воды (h0) в горизон-
тальные несовершенные дре-
ны
этом случае длина приведенного плоского потока подсчитывает-
ся по уравнению
Znp — k
№
2
(VI-45)
— 154 —
Высота выхода воды по параметрам и H2i ~-
Qo Q.
определяется по графикам (см. рис. 97).
7. ПРИМЕРЫ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ
ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ДРЕНАЖЕЙ
Пример 1. Требуется рассчитать береговую горизонтальную дрену не-
совершенного типа, расположеную между двумя водоемами (рис 99)
Задано: Н^ЗО м; Нг=25 м; ho=O м; Я1==150 м\ /?2=1 850 ж;
1=2 000 ж; 7=22 ж; Л]=8 м; Л2=3 м; хо=85О ж; 1=10 м1сутки\ г=0,5 л»
длина дрены равна 1 000 ж.
Рис. 99. Расчетная схема горизонтальной береговой дрены
при ее расположении между двумя водоемами
I _ уровень подземных вод при подпоре без дренажа; 2 — условная линия
деления потока на две зоны; 3 — уровень подземных вод при работе дренажа;
4 горизонтальная дрена
Решение. Расчет производим по формулам А. В. Романова. Предвари-
тельно подсчитываем
Hs = -if (30= - 25=) + 25= = 29,6 и;
То = 22 = 27,5 «.
По формуле (VI—6) определяем
1U Г 82 З5
Т 150 ' 1 850
2-3,14(29,6 — 22)
22
3,14-150-1 850
22-2000
= 12,44 и3/сутки.
Тогда весь дренаж длиной 1 000 ж даст
Q = 12,44-1 000 — 12 440 M3jcymKU к. 140 л!сек.
Далее по уравнению (VI—9) подсчитываем величины Нх, сводя резуль
тэты в таблицу (см. табл. 9).
— 155 —
I
Пэ данным табл. 9 строим депрессионные кривые (см. рис. 99).
Пример 2. Требуется рассчитать горизонтальную береговую дрену не-
i овершенного типа при поступлении потока подземных вод на защищаемую
территорию со стороны водораздела из отдаленной области питания
^Задано: П = 30 м; 7?=160 м; d=l м; /г0=22,5 м; £=10 м; Qi =
=0,33 и3/сутки на 1 л дрены.
Решение. Расчет производим по формулам С. Ф. Аверьянова. Предва-
рительно определим:
R = 150 4-0,44-22,5 « 160 м;
30-1-22,5
Т. = ——-----=26,25 м\
2
Tg ~ /г0 — 22,5
0,041;
d
h0
Рис. 100. Расчетная схема горизонтальной береговой дрены при наличии
притока подземных вод из отдаленной области питания
А'=1,7 (по графику рис. 114);
а. =-----------= 0,8.
22,5 ,
14-—.1,7
160
По формуле (VI—14) подсчитаем дебит дрены на 1 м ее длины:
10-26,25(30 - 22,5) ] 13 „ 3
= 11,11 и3 сутки
2-0,8
0,33 4-
Qo =
14-0,8[
160
и по уравнению (VI—15) найдем значения И х на различных расстояниях
х от дрены. Результаты сводим в табл. 10.
По данным табл. 10 строим депрессионную кривую от дрены в сторону
водораздела, т. е. для защищаемой территории (см. рис. 100).
Пример 3. Требуется рассчитать двухлинейный горизонтальный дренаж
при его расположении между двумя водоемами (рис. 101).
Задано: Н} = 30 м; Я2=25 м; 1 = 2000 м; J?'i = l 352 м; /?'2 = 648 м:
^1=648 м; 7?2=1352 м> г1=г2=0,5 м; глубина воды в дрене /г0=0,5 м;
-Voi——352 м; х02=352 м; £ = 10 м! сутки', Н01 = Н02 = 22 м; £1=30—22 = 8 я;
Л2=25-22 = 3 м; Т=22 я;
84-3
Г., = 224--^- = 27,5 ч.
— 157 —
£2 о? 2£ .с 42 со ю со со *О" со О ОО сО С 04 Ь~ Х> со СО ч}< — 1О СО СО О- о 04 04 04 04 04 04 04 04 СО
'» г1 0,83
~х* ¥ С»-Н) 5 / лв 1 ЬгЧ О -ст Ci h- Ю СО 04 О’—' О- СО 04 О- СО О’ СО О О О — 04 04 04 Т О-
-1 н в | в + »—4 (1+«1) II сОСССОО) — СО — О О О # Б
•ге Ю СЧ
сО о г—1
О' — • -1 — — сО сО СО СО СО О СО ОООО <—> со СО со О — СО сл CQ — со о- СО СО о о
» СО О О СО 04 •СГООООООО 4СОООООО «к *с «*• •• vs ** аъ 0401 — — — — _ — —
сГ в ’ СО О> СО СО 04 — — — 'TOQOQOOC оооооооо «» М № * мка-а» — — ООО ОООО
ч в СО СО СО СО О’ ООООООСТ4 со О- СП О О О О С4 о •» М * *4 04*4** ООООО ОООО
«1 ч >О СО 04 СО 04 — О- тг СО 04 -Г OI — — — ОС Tj* 04 О О о ОООО о о о о о с о о с
1 з: с 1 СО
5 е 30|22,5 •
у 11-«J ИГО
’» +1 СО »““Ч
в J 04 О
в 0,8
О О О О О ОООО со ООО о ю о о о — со О СО ооооо — — — 04 СО СО
158
Решение. Расход дрен определяем по формулам:
Qu ~ Ч-2~Ь Чу
ilk (Н" — Н^}
Qi — Ч\ +" <7з>
-k(H' — HrtI)
Чз =-----------------
Т r.R.R,
1л----+ —~—
-г. Г TL
Я 4 =
Предварительно найдем выражения для
7 r.R^R^
In----4----------
тгг2 т TL
напора в местах дрен
44
Н' = ~ In
Г-k
Т
1 — е
2 L
ч'Л
о
Рис. 101 Расчетная схема двухлинейного горизонтального
дренажа несовершенного типа
Чз
Н"=~~\г\
1
2 ~ L
1 — е
’ 1 £о2
*2 ~ L
Чз^1
~ kT
После подстановки известных величин будем иметь
44
Н' =--------
3,14-10
- 3,14(—352— 352)
In 1 — е
2?
— ?52
2 2 000
<7з ,
Н" = -------In
31,4
<4-1352
10-22
1 — е
1
- 352
\ 2 2000
— 3,14(352 +352)
22
= 28,38-0,95 д4.
— 159 —
(Дб48
— 22Q—(О’^~°’I76) = 26,62 — 0,95 д3.
Подставив эти выражения в уравнения дебита, получим:
, 3,14-10(28,38 —0,95 </4—22)
= 22 3,14-1 352-048 = 3 ’14 ~ ° •46
In---------4----------------
3,14-0,5 22-2000
3,14-10(26,62-0,95 9з — 22)
о, =-----------------------------= 2,27 —0,46 До ;
74 22 3,14-1 352-648 *3
10 3,14-0,5 “Г 22-2 000
9з = 3,14 — 0,46 (2,27 —0,46 93),
откуда
Далее
д^^ 2,65 м* {сутки',
94 = 2,27 — 0,46-2,65 = 1,05 м3{сутки:,
kthl — hl) 10(8^-0,52)
----------- =0,49 и3/сутки',
Ql 2R.
k(h22-hl)
?2 =
2-648
10(32 — 0,53)
, -------------= 0,067 м3/сутки',
2/?' 2-648 1 У
Qj = 2,65 4- 0,49 = 3,14 м3{сутки',
Qn = 1,05 4-, 067 = 1,117 м3!сутки.
подсчитаем ординаты депрессионной кривой по уравнению
7з
Нх = — In 1 — е
nk
— Т^Х-Х,,)
I 1 — е
<7:Х
kT
1 х
~2~ L
kT
Hi - И. ,
L °‘
?4
т
Т
9 4^1
2 L
Результаты сводим в табл. 11 и наносим на график (см. рис. 101).
Пример 4. Для общего осушения городской территории с многочислен-
ными подвалами и подземными коммуникациями проектируется площадной
(систематический) горизонтальный дренаж несовершенного типа. Требуется
определить расстояние между дренами-осушителями и подсчитать их дебиты.
Задано: Н{=4 м; S0=2 м; 7 = 10 м\ 1Р=0,002 м{сутки\ А=10 м/сутки;
/'с =0,1 л<; £ = 250 м.
Решение. Предварительно находим:
^макс = 7/, — «So = 4 — 2 = 2 л/;
£=1,47 1g-------------= 2,2;
s 3,14-0,1
sin-----------
10
Бх =4,4.
Подставляя полученные и заданные величины в формулу (VI—41), най-
дем необходимое расстояние между дренами:
2“Т~
2а = 10
8-10-2
0,002-10
4,4 = 256 м.
— 160 —
Таблица 11
11 Зак. 703
— 161
Тогда дебит каждой дрены длиной 250 м по формуле (VI—42) составит:
Q — 2-0,002-128-250 = 128 м2] сутки яг 1,5 л, сек.
Пример 5. Требуется определить величину участка выхода воды в го-
ризонтальную несовершенную дрену
Задано: //, = 15 Mi //2 = 13 м; k=l м/сутки, <1=0,5 м.
Q,= 1,74 м?) сутки— расход, поступающий в дрену со стороны области
питания;
Q2=5,89 сутки— то же, но со стороны области естественного дренажа,
Q0=7,63 м^/сутки— суммарный расход дрены.
Используя прием А. В. Романова, найдем
pQt 0,785-1,74 Л , pQ3 0,785-5,89 п
h. = — =----------------= 0,178; ft2= -1 =--------—-------= 0,605.
Qo 7,63 Qo 7,63
Тогда
1 [153—-0,178’]
/,ПР= 2-1,74
По графикам (см. рис. 100) находим:
- Н' Р’178 =0,0118;
= 64,8 м.
15
•*пР 64,8
=------ =------=4,32;
"Р Н, 15
откуда
2Пр
=—0,1-15 = 1,5 и;
1 [132 о,605’1 з
2-5,89
ht= —
1 н,
л;, = ^-=о,1.
771
Т ^2
3 Н2
^2пр
0.605 -
-----= 0,0465 и /«
13 ПР //а
— =1,1;
13
Ло3 = —*=0,28
/7г
откуда
/102 = 0,28-13=3,64 «.
Г лава VII
АНАЛИТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАСЧЕТА
ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДРЕНАЖЕЙ
1. РАСЧЕТ ОДНОЛИНЕЙНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО
ДРЕНАЖА
Однолинейные вертикальные дренажи в промышленном и
городском строительстве применяются весьма широко; здесь
они выполняют роль головных или береговых дрен. При борьбе
с оползнями однолинейные дренажи также находят достаточно
широкое применение, выполняя роль внеоткосной головной (пе-
рехватывающей) дрены.
Расчеты однолинейных вертикальных дренажей сводятся:
к установлению такого положения дрены по отношению к
границам дренируемого участка, при котором требуемая депрес-
сионная воронка может сформироваться в короткие сроки и с
минимальными затратами средств;
к выбору расстояний между дренами;
к обоснованию необходимых эксплуатационных понижений
уровней воды в этих дренах;
к построению депрессионных кривых на дренируемом участ-
стке;
к установлению времени, необходимого для формирования
заданных депрессионных кривых.
Методы аналитического расчета однолинейных вертикаль-
ных дренажей разрабатывались как у нас (С. Ф. Аверьяновым,
В. И. Аравиным, Н. Н. Веригиным, Н. Е. Жуковским, Л. С. Лей-
бензоном, В. М. Насбергом, С. Н. Нумеровым, А. В. Романовым,
И. А. Парным, В. Н. Щелкачевым и др.), так и за рубежом
(Р. Баррон, М. Маскет, Ч. Слихтер, Ф. Форхгеймер и др.); при
11*
— 163 —
этом расчеты по всем этим методам обычно приводят к совпа-
дающим результатам.
Так же как и для горизонтальных дренажей, расчеты любых
однолинейных (включая головные и береговые дрены) верти-
кальных дрен однотипны, причем здесь следует различать те же
случаи их расположения по отношению к областям питания и
естественного дренажа подземных вод.
В первом случае расчеты могут быть проведены с исполь-
зованием следующих расчетных формул.
В напорных условиях
Для определения дебита совершенных вертикальных дрен
ряда (рис. 102) — формула А. В. Романова
,------2*kmS---- (VII—1)
“ a kR{R2
In -+----—
~ГС oL
где Q'o — дебит каждой из дрен ряда;
Рис. 102. Схема к расчету однолинейного верти-
кального дренажа при заданных напорах на гра-
ницах
k—коэффициент фильтрации водоносного пласта;
пг— мощность коэффициента филтрации водонос-
ного пласта;
5 — понижение напора воды в дренах ряда;
о—половина расстояния между дренами в ряду;
гс—радиус дрен;
— расстояние от ряда дрен до области питания;
/?2— то же, до области естественного дренажа;
расстояние между областями питания и естест-
венного дренажа.
Для определения дебита несовершенных вертикальных
дрен ряда — обобщенная формула И. А. Чарного
— 164 —
1 ^0
где
7V= In — -f- — (по автору);
nm aL
Co= -^- (21n ——fl— U — 1,38 (по M. Маскету),
2Z z"c \ Ttt ] J
где I — длина водоприемной части скважины (или
фильтра);
— функция, значения которой находятся по графику
\ т ]
(рис. 103).
Рис. 103. График функции
f (--- ) (по И. А. Парному)
\ т /
Для построения пьезометрической депрессионной кривой
-по линии, направленной нормально к линейному ряду дрен и
проходящей через каждую из дрен, — формула А. В. Романова
----- In
— *(х-х0)
I — е ’
I t-T Qq^i
“г —
2akm
формула С. Ф. Аверьянова
2
2
(VII-3)
L
л
(VII -4)
где Н х — напор пониженного пьезометрического уровня под-
земных вод на расстоянии х от некоторой линии, про-
ходящей посредине между областями питания и их
естественного дренажа (считая от подошвы пласта), —
в формуле (VII—3); на расстоянии х от ряда дрен —
в формуле (VII—4).
При определении значения
использован график (см. рис. 81) путем замены в тем То на а.
Hs — непониженный уровень подземных вод в месте располо-
жения ряда дрен;
— некоторый коэффициент, значения которого могут быть
подсчитаны по следующим формулам:
— 1t(x—х,)
е а
может быть
— 165 —
в сторону области питания
₽•=—
1+кБ
в сторону области ественного дренажа
г 2з
14----Б
Ri
£=0,731g — (определяется по графику рис. 104);
КГС
а — коэффициент несовершенства дрен, значения которого
могут быть подсчитаны:
Рис. 104. График для определения величины Б
в сторону области питания
в сторону
естественного дренажа
1
а2 =--------
т
14----7
(определяется по графику см. рис. 78);
Л= 1,471g—77Г7'
а)
sin-^T
d — диаметр дрен.
Для определения сниженного напора посредине между дре-
— 166
нами ряда (см. точка а на рис. 102) — формула С. Ф. Аверь-
янова
(VII-5)
где
2 *
В безнапорных условиях
Для определения дебита совершенных вертикальных дрен
ряда (рис. 102) — формула А. В. Романова
r.k (2HS — S)S
a t:RiR2
In —-f-------
лгс c£
(VII-6)
Рис. 105. Схема к расчету однолинейного вертикального
дренажа несовершенного типа
Для определения дебита несовершенных вертикальных
дрен ряда (рис. 105) — формула автора
Qo <= ^kS
2hcP - S
a i ntRlR<i
r.rc iL
(VII—7)
где
+ ^2 + hs
hx = Hx- T-
h., = H2- T;
— 167 —
N
1,38;
I
W=ln — +
лГ aL
t Т г9 . 4Г Т ( 1\
= — 2 In-------L I —
I L rc \2Т J
L (zF) — Функция, значения которой могут быть найдены по
графику (см. рис. 103), если принять величину — =—.
2Т m
Для построения депрессионной кривой по линии, направлен-
ной нормально к линейному ряду и проходящей через каждую
из дрен:
формула А. В. Романова
Qo , <
— In 1 — е
кА
— к(х-х„)
Q0*i / 1
Аз \ 2
формула С. Ф. Аверьянова
(VII-8)
(VII-9)
где
a'
2Т'
2з
R
Г — принимается:
в сторону области питания 7\ = h° -
2
в сторону области естественного дренажа
вод
I
2 ’
h0 — высота столба воды в дренах ряда (считая от подош-
вы пласта).
Для определения величины пониженного уровня подземных
посередине между дренами — формула С. Ф. Аверьянова
(VII—9)
0,22 ~
где
2
—-- (при определении величины а').
— 168 —
Приведенные выше расчетные формулы применимы! для рас-
чета дрен в условиях сформировавшейся депрессионной .воронки
(т. е. при установившемся движении к ним подземных вод). В
период же формирования этой воронки расходы дренажных вод
будут большими, а положение депрессионных кривых более
высоким.
Методика расчета времени осушения может быть принята
с известной степенью приближенности, такой же как и для гори-
зонтальных дренажей.
В этом случае в формулу (VI —13) нужно ввести величину
2а, т. е. считать расходы не на 1 м длины дренажа, а на каж-
дую вертикальную дрену.
Во втором случае для расчета могут быть рекомендованы
следующие формулы (рис. 106):
Рис. 106. Схема к расчету однолинейного вертикального
дренажа при заданном расходе Qi со стороны области
питания
а — разрез; б — план
для определения дебита совершенных дрен — формула
С. Ф. Аверьянова
+ (VII-10)
для построения депрессионных кривых в сторону области
питания по линии, проходящей через совершенные дрены ряда,—
формула С. Ф. Аверьянова
(1-
2akT9
для нахождения пониженного уровня подземных вод посе-
редине между совершенными дренами (см. точку а на
рис. 106, б) — формула С. Ф. Аверянова
Яв=Ло+-^(О,44 + .5), (VII-12)
— 169 —
где Qi — расход подземных вод, притекаемых из области пи-
тания на полосе шириной, равной о;
Н — напор воды над подошвой пласта в области естест-
венного дренажа;
Ло — напор воды над подошвой пласта в дренах ряда;
R — расстояние от ряда дрен до области естественного
дренажа;
пониженный напор над подошвой пласта в любой за-
данной точке, находящейся на расстоянии х от ряда
дрен в сторону области питания;
Влияние несовершенства дрен можно приближенно учесть
введением коэффициента а'.
При проведении расчетов по формулам (VII—10), (VII—11)
и (VII—12) следует вводить соответственно
₽i = ₽ia/ и ₽х = ₽х<
(VII—13)
Время осушения на участке между областью естественного
дренажа и линейным рядом дрен (рис. 82, а) может быть опре-
делено с использованием формул (VI—12) и (VI—13). Что ка-
сается участка, лежащего от линейного ряда дрен в сторону пи-
тания (рис. 82, б), то здесь для расчета осушения могут быть
использованы формулы (VI—18) и (VI—19).
Учет короткости линейных рядов вертикальных дрен может
быть сделан по С. Ф. Аверьянову (см табл. 8) или по следую-
щим формулам:
при нечетном числе дрен в ряду
(VII-14)
при четном числе дрен в ряду
где п — число дрен в ряду;
о— половина расстояний между дренами;
— 170 —
(VII-15)
R — радиус депрессии или среднее расстояние от ряда до
-г
границ пласта, равное—-— ;
гс— радиус дрен;
i — от I до и при нечетном числе дрен в ряду и от 2 до л
при четном числе дрен в ряду.
Использование коэффициента короткости X при расчетах
дебита и депрессионных кривых аналогично однолинейному
горизонтальному дренажу.
9
2 . РАСЧЕТ ДВУХЛИНЕЙНОГО ВЕРТИКАЛЬНОГО
ДРЕНАЖА
Двухлинейные вертикальные дренажи в промышленном и
городском строительстве применяются главным образом при
работе береговых дрен совместно с головными. При борьбе с
оползнями двухлинейные вертикальные дренажи не применя-
ются.
Расчеты двух взаимодействующих линейных рядов верти-
кальных дрен производятся методом подбора и заключаются:
в выборе расстояний между рядами и между дренами, при
которых требуемая депрессионная кривая могла бы сформиро-
ваться при прочих равных условиях с минимальным количест-
вом откачиваемой воды;
в обосновании необходимых эксплуатационных понижений
уровней воды в дренах обоих линейных рядов;
в определении расходов воды, подлежащей перекачке при
работе дренажа;
в построении депрессионных кривых на осушаемом участке;
в установлении необходимого времени для сформирования
заданных депрессионных кривых на том же участке.
Методы расчета взаимодействующих между собой двухли-
нейных рядов вертикальных дрен разрабатывались рядом ис-
следователей как у нас, так и за рубежом (М. Маскет, В. М.
Насберг, А. В. Романов, И. А. Парный и др.). Наиболее полно
с доведением до расчетного вида эта задача для дрен совершен-
ного типа была решена А. В. Романовым. В дальнейшем метод
расчета двухлинейных рядов совершенных дрен, разработанный
А. В. Романовым, был существенно упрощен автором. Вместе
с тем им сделаны также предложения по расчету несовершенных
дрен.
Для расчета двухлинейных вертикальных дренажей могут
быть использованы следующие формулы.
— 171 —
В напорных условиях
Для определения дебита совершенных
формулы А. В. Романова
_ Мт(Н'-Н„) .
In---+----—
~гС1 а£
Q1I =5---------ГТ-»
<т ^^2^2
in — 4-—----
ЛГСЗ aL
дрен (рис. 107) —
(VII-16)
(VII-17)
где Qi и Qu — дебиты каждой дрены, соответственно I и
II рядов;
Рис. 107. Схема к расчету двухлинейного несимметрично расположен-
ного вертикального дренажа в напорных условиях
а — план; б — разрез
Н' — величина напора воды в месте положения дрен
I ряда при работе дрен II ряда;
Н"— величина напора воды в месте положения дрен
II ряда при работе дрен I ряда;
Hoi — напор воды в дренах I ряда;
Н02 — напор воды в дренах II ряда;
а— половина расстояния между дренами в рядах;
— расстояние от дрен I ряда до области питания
подземных вод;
R2 — расстояние от дрен I ряда до области естест-
венного дренажа подземных вод;
R'i— расстояние от дрен II ряда до области питания
подземных вод;
— 172 —
/?'2— расстояние от тГрен II ряда до области естест-
венного дренажа подземных вод;
гс, — радиус дрен I ряда;
rq— радиус дрен II ряда;
L — расстояние между областями питания и ес-
тественного дренажа подземных вод;
При этом величины Н' и Н" определяются по формулам:
1т.кт
2nkm
—’Ч-Уд» -*oi)
1 — е 9
—М-’чи- -*сч)
(VII-18)
Qll^2 / 1 Л'о1 \ .
2аА/п \ 2 L /
Q^Rt
2okm
(VII-19)
где Xoi и Хо2 — расстояние от некоторой средней линии (см.
рис. 107), проходящей между областями питания и естественно-
го дренажа подземных вод соответственно I и II рядов дрен;
Hi и Н% — напоры соответственно на контуре области питания
и естественного дренажа подземных вод.
—^(Ур!--Xpt)
1 — е 9
Величина
-я(.Го,-Хо1)
In 1 — е
In
или
соответственно
может быть определена по графику (см.
рис. 81).
Определение расходов дрен по формулам (VII—16) и
(VII—17) производится следующим образом. Вначале, подстав-
ляя все известные численные значения в формулы (VII—18) и
(VII—19), получают значения соответственно Н' и Н", выражен-
ные в уравнениях, которые содержат две неизвестные величины
Qr и Qu- Далее эти уравнения подставляются в формулы (VII—
16) и (VII—17) взамен величин И' и И". В результате подстанов-
ки в эти формулы всех известных численных значений полу-
чаем два уравнения с двумя неизвестными Qn и Qu. Решаем
их и находим величины расходов вертикальных дрен каждого
ряда .в условиях их взаимодействия между собой.
Для построения пьезометрической депрессионной кривой по
линии, проходящей через центры дрен нормально границам кон-
туров питания и естественного дренажа, — формула Романова
q’ - тс(л -Х0,)
/Л———In 1-е 9
‘2~km
— 173 —
In 1 - e
2.r.km
- r(x—X,.)
2a£m
2
L
H'-H* f
~^lo.
(VII—20)
где Го — расстояния от контура естественного дренажа до рас-
сматриваемого сечения;
х — расстояние от некоторой средней линии Оу до точки
депрессионной кривой, для которой определяется
I — «(-Г-^1) I | _ Х(Х-ХО.;) |
Значения In | 1 — е 3 | и In 11 — е 3 | также могут
быть определены по графику (см. рис. 81).
Рис. 108. Схема к расчету двухлинейного симметрично
расположенного вертикального дренажа
Так как рассмотренный выше метод расчета двух линейных
рядов вертикальных дрен весьма громоздок и кропотлив, то ав-
тором для случая симметричного их расположения по отноше-
нию к областям питания (рис. 108) (т. е. когда в расчетах при-
ходится оперировать величиной «радиуса депрессии» — случай,
часто встречаемый в практике осушения) этот метод был суще-
ственно упрощен.
Если принять, что Hi = Н2 = Я; HOi — Н02 - Но и гС1 = гс, = гс
а расстояние между рядами обозначить через В, то дебпты
дрен каждого из рядов будут равны между собой (т. е. QJ =
= Qu= Qo), а л0 = — ~ и х02 = —.
— 174 —
В этом случае отпадает необходимость в решении системы
уравнений для определения дебита дрен и они могут быть най-
дены по следующей простой формуле:
2~kmS
Ц/() =3 ---------------------—
TtR uRB
(VII—21)
2g
где
Q'o — дебит каждой дрены в рядах;
k —коэффициент фильтрации водоносного пла-
ста;
т —его мощность;
S — H—Но — понижение пьезометрического уровня воды
в дренах;
Г.ГС
7V=In 1 — е ° —находится по графику (см. рис. 81);
R—радиус депрессии;
а—половина расстояния между дренами в ря-
дах;
В—расстояние между двумя рядами дрен;
гс— радиус дрен.
Существенно упрощаются при этом также и формулы для
построения депрессионных кривых:
— In
Rx
L 2r.km
R
4akm 2akm(B-\-2R)
1 — е
—u
1 — e
—In
2nkm
{В 4- R) х
Для точки кривой,
дрен, формула (VII—22)
4akm 2akm(B-[-2R)
лежащей посередине между рядами
принимает еще более простой вид:
кВ
—— In
2r.ktn
In
4skm 2itkm
лВ
1 -C2V
1 - е * -
4aZ?w
(VII—23)
Величины In 1 — е
_ лВ
е 2а
кВ
In 1 — е2’
, In
и
могут быть определены с использованием графика, изображен-
ного на рис. 81 (вводя при этом соответствующие замены).
— 175 —
В безнапорных водах
Дебиты совершенных дрен в каждом ряду определяются из
решения следующих двух формул А. В. Романова:
nrCl cL (VII—24)
4fn= a In — ~rct где (VII—25)
Для построения депрессионной кривой по линии, проходя-
щей через центры дрен нормально к границам контуров пита-
ния и естественного дренажа, — формула А. В. Романова
-к (Л-Хц,)
I — е а
_____
L '
Qn^i
k?
^-ln T-k — ж(Л—x0,) 1 — e a Ла 'Д ^2 L J < зГ i I cm e*i
напорных вод, для случая симметричной
упрощен автором. Полученные при этом
Так же как и для
схемы этот метод был
расчетные формулы имеют следующий вид:
" itRB
-R
2а
(VII—29)
-А +—+
2аЛ fea (В -f- 2/?)
— 176 —
(B + R)x |
Ла(В4-2Д) J '
(VII-30)
— In
Ttk
2c/?
ыг
r.B
— e2°
ВR
2ak
(VII—31)
R
Переход к расчету несовершенных дрен может быть при-
ближенно сделан путем введения в формулы их дебита коэф-
фициента несовершенства, предложенного автором. Тогда фор-
мулы для определения дебита несовершеных дрен примут
следующий вид.
где
Для напорных вод
Qhc — дебит несовершенной дрены;
Qc — дебит совершенной дрены, определяемый по формуле
(VII—21);
I — глубина погружения водоприемной части дрены
в напорный пласт;
in— мощность напорного пласта;
гс —радиус дрен.
Для безнапорных вод
I
НС --- Qc ~
(VII—33)
н
где Qc — определяется по формуле (VII—29);
I — глубина погружения дрены под непониженный уро-
вень подземных вод;
И—мощность безнапорного водоносного пласта.
В остальном расчет аналогичен расчету совершенных дрен,
т. е. для определения Нх и Нх0 также могут быть использованы
соответственно формулы (VII—20), (VII—22) и (VII—23) или
(VII—28), (VII—30) и (VII—31), причем в эти уравнения не-
обходимо уже подставлять дебиты несовершенных скважин,
т. е. QHC вместо Qc'.
Рассмотрим случай совместной работы одно-
линейного ряда совершенных колодцев с при-
дам бовым горизонтальным дренажем несо-
вершенного типа (рис. 109).
12 Зак. 703
— 177 —
Эта задача может быть решена фрагментным методом,
предложенным для данной схемы А. В. Романовым.
Для этого весь поток между областями питания А и стока
Б разбивается на два участка-фрагмента (I и II); тогда для
фрагмента I может быть применено уравнение дебита горизон-
тальной дрены несовершенного типа, а для фрагмента II —
уравнение дебита линейного ряда совершенных колодцев.
Чтобы упростить решение, принимается, что на расстоя-
нии /?2 от придамбового дренажа (т. е. на границе, разделяю-
щей фрагменты I и II) действует напор И2 = 7 (мощности ча-
сти потока, условно принимаемой за напорную).
Рис. 109. Схема к расчету двухлинейного берегового дренажа,
состоящего из придамбовой горизонтальной дрены и линей-
ного ряда дренажных колодцев
/—дамба обвалования; 2 — придамбовый дренаж; 3 — линейный ряд
колодцев
I фрагмент
Для расхода, поступающего из области питания А при ра-
боте горизонтальной дрены несовершенного типа на 1 м ее дли-
ны, можно написать:
_ (^~Н2) Tk
Q0^Z
^~.T^k (VII—34)
2A *
где
Q©3—
nk (H. - H2) Rs
T nR^Ri \
' ~rc LyT '
или после подстановки и соответствующих преобразований
Wx-JILL (VII—35)
2RX v
— Н2) R7 R?
(Hy-H2)Tk
A,
L, L'
— 178 —
Расход придамбового дренажа
где
Qo —- Qoi 4* Q03,
( __ (fR-T^k
01 2Rt
(VII-36)
Для расхода, вытекающего из фрагмента 1, можно напи-
сать:
Q2 — Qi — Qo
(VII—37)
или после подстановки и соответствующих преобразований
= (М-Нг)ТЛ
nk(Hi-H2)R2
2
Т . ^R^R? \
пгс ЦТ ' ’
(VII—38)
II фрагмент
Для расчета, поступающего из фрагмента I на полосе ши-
риной 2о при работе линейного ряда совершенных колодцев,
можно написать:
<?;=
°k (H22 - H42) Q^3
Ьг
(VII—39)
где
( ° + ~^/?3
лгс
ц___________
. а nR4R3
in — -р ——-
пгс аЦ
или после подстановки и соответствующих преобразований
Q1 = —~Т ’
L2
а
7^ГС
•гс/?4/?з
а£2
Приравнивая расходы фрагментов I и II на
ной 2а, т. е. принимая Q\=2а получим
L L2_________________ _
. а ~R4R3
in + —-
r.rc sLz
~k(Hj — H2} R2 / R2
(VII-40)
^•2
полосе шири-
= 2а
ak(H2-H2)
^-2
в (Нг — Н2) Tk
Т , kRaR2
кгс
Л,
^Т]
12Ч=
— 179 —
или после сокращения
I £2 а г-^4^з L2
in —4----------
«''с с12
(М - Н.) т
При расчете задаются величиной R? и подбором добивают-
ся равенства правой и левой частей уравнения (VII—42), при
этом для облегчения расчетов строится вспомогательный гра-
фик с двумя кривыми, точка
пересечения которых и дает
искомую величину /?2 (рис.
Рис. ПО. Графическое определе-
ние Т?2
ПО).
После того как найдена ве-
личина /?2, остальные парамет-
ры легко определяются. Расчет
же дебита придамбового дре-
нажа и колодцев ряда, а рав-
но и построение депрессионных
кривых производятся отдельно
для каждого фрагмента с ис-
пользованием соответствую-
щих уравнений А. В. Романо-
ва (VI—6), (VI—9), (VI1-6),
(VII—8), приведенных выше.
3. РАСЧЕТ КОЛЬЦЕВОГО (ОДНОКОНТУРНОГО)
ВЕРТИКАЛЬНОГО ДРЕНАЖА
Кольцевые (одноконтурные) вертикальные дренажи находят
весьма широкое применение в промышленном и городском стро-
ительстве главным образом при локальной защите отдельных
подземных сооружений от подтопления подземными водами.
Депрессионные воронки, образующиеся при этом, обычно име-
ют ограниченные размеры и могут быть охарактеризованы ве-
личиной радиуса депрессии R, за пределами которого бытовые
напоры практически не изменяются во времени.
Задача о притоке воды к группе взаимодействующих вер-
тикальных дрен, расположенных по периметру какого-либо кон-
тура, не имеет пока строгого решения. Поэтому при гидрогеоло-
гических расчетах подобного рода группы дрен, расположенных
по периметру контура той или иной формы, приводят контур к
равновеликому кругу радиуса Го, а для этой схемы уже имеют-
ся соответствующие решения (В. И, Аравина, П. П. Аргунова,
— 180 —
Н. Н. Веригина, Н. Е. Жуковского, Л. С. Лейбензона, М. Ма-
скета, С. Н. Нумерова, Ф. Форхгеймера, И. А. Парного,
В. Н. Щелкачева и др.)- Методы расчета совершенных дрен,
разработанные этими авторами, приводят к одинаковым ре-
зультатам. Для несовершенных дрен при той же схеме их рас-
положения И. А. Парным, автором и другими предложены при-
ближенные методы расчета.
Расчеты одноконтурных групп вертикальных взаимодействую-
щих дрен производятся методом подбора; при этом принимает-
ся следующий порядок расчета: 1) в начале реальный контур,
по периметру которого расположены дрены, приводится к рав-
новеликому кругу и определяется величина радиуса этого кру-
га г0; 2) далее, задаваясь некоторым числом дрен в группе и
понижениями уровня воды в них (принимая при этом радиус
дрен гс по конструктивным и производственным соображениям),
определяют дебит каждой дрены Q'O', 3) затем, пользуясь фор-
мулой так называемого «большого колодца» (см. ниже), при-
ближенно определяют высоту пониженного напора или уровня
подземных вод в центре круга; 4) изменяя число дрен п и по-
нижения S, останавливаются на такой схеме в расположении
дрен, при которой в центре круга обеспечивается заданный на-
пор или высота уровня подземных вод; 5) после этого те же
параметры определяют уже для реального контура (как в цен-
тре его, так и в других интересуемых точках контура); в слу-
чае необходимости в схему вносятся соответствующие измене-
ния; 6) затем устанавливают (в случае необходимости) потреб-
ное время для формирования заданных депрессионных поверх-
ностей подземных вод; 7) и, наконец, определяют изменение
расходов в первоначальный период осушения и в случае необхо-
димости назначают дополнительные дренажные средства или же
форсируют использование ранее уже намеченных средств.
Для расчета одноконтурных групп вертикальных дрен могут
быть рекомендованы следующие расчетные формулы.
В напорных условиях
Для определения дебита вертикальных совершенных дрен,
расположенных по кругу (рис. 111), — формула В. Н. Щелка-
чева
Qo
2nkmS
(VII—43)
где Q o — дебит каждой из взаимодействующих дрен группы;
R —радиус депрессии, образующийся при работе группы
дрен;
п — число дрен в группе;
— 181 —
rc —радиус дрен;
r0 —радиус равновеликого круга, к которому приводятся
реальные контуры групп дрен.
Значения г0 могут быпъ определены по формуле
А__________________________________
= Г2, r3, (VII—44)
где гь г2, г3,..., г„—расстояния от середины каждой из сторон
многоугольника и угловых дрен (рис. 112) до центра тяжести
контура;
X—число характерных точек.
Для прямоугольного контура могут быть применены: фор-
мула Н. К. Гиринского
Рис. 111. Схема к расчету кольцево- Рис. 112. Схема к определению
го (одноконтурного) дренажа совер- го
шейного типа при его работе в на-
порных водах
а — план; б — разрез
где L — длина контура;
В — его ширина.
Значения находятся по табл. 12.
Таблица 12
в L 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
1 1,12 1,16 1,18 1,18 1,18
или более простая формула
г = -?-
0 2к ’
где р — длина периметра прямоугольного контура.
(VII-45а)
— 182 —
Для определения дебита вертикальных несовершенных
дрен, расположенных по кругу (см. рис. 111), — формула Чар-
ного—-Абрамова:
in
2~kmS
Rn
ПГ^~Х1П
(VII—46)
где
₽ = Д; 7V=ln-^-;
$0 ПГд Хт
% =.HL [21п— — f ~) — 1,38(где/ —) —определяют по
21 [ гс к т '] х т '
графику — см. рис. 103),
I — величина погружения водоприемной части (фильтра)
дрены в водоносный пласт.
Для нахождения сниженного напора и построения пьезо-
метрических депрессионных кривых по различным направлени-
ям реального контура (в пределах радиуса депрессии)—фор-
мула Ф. Форхгеймера:
nQn 1 1
ЯЛ= Н — ——- In R — — In (xb x2t л3..., xn) . (VII—47)
2~km L П J
где H — высота непониженного уровня подземных вод в
месте расположения группы дрен (считая от по-
дошвы пласта);
*2, х3,...хп— расстояния от искомой точки депрессионной кри-
вой до соответствующих дрен групп (для прямо-
угольного контура вместо величины- In (хь х2,-» х)
п
в формуле (VII—47) можно подставить в нее
In расстояния от центра контура
точки).
Высота сниженного напора в центре участка
определена по уравнению П. П. Аргунова
. д, п^о \т-1 ( . I , I \ , R 1
hQ — Н -----—-— arcsh--------arcsh — 14- In —
2~km L I ' rQ R J r0 _
Для приближенного нахождения сниженного напора в цен-
тре контура может также служить формула «большого ко-
лодца»
R
nQoln -
h. = H- (VII—48а)
2.~kni
При работе несовершенных дрен в формулы (VII—47),
(VII—48) и (VII—48а) подставляются соответствующие им де-
биты, определяемые по формуле (VII—46).
— 183 —
до искомой
может быть
(VII-48)
В безнапорных условиях
Для определения
ных по кругу (см.
В. Н. Щелкачева:
дебита совершенных дрен, расположен-
рис. 111), — преобразованная формула
(VII—49)
где И — мощность безнапорного водоносного пласта.
Для определения дебита несовершенных дрен, расположен-
ных по кругу (см. рис. 111), — формула автора
Qo = -kS
2h — S
Rn
«''""’''с
27?
(1 + ₽)N
(VII—50)
где /z=»S+ I — высота столба воды в несовершенных дренах
T = H-h\
1,38;
ДГ=1П
Rn
nrQ~xT
вив значение
определяется по графику
l I
— вместо — .
2Т m
(см. рис. 103), подста-
Для нахождения сниженного уровня подземных вод и по-
строения депрессионных кривых по различным направлениям
реального контура (в пределах радиуса депрессии)—формула
Ф. Форхгеймера
нх=л/ И2- —
Х У Ttk
In R — — 1 п(хi, л2, х3,..., хп) 1 •
п
(VII—51)
Высота пониженного уровня подземных вод в центре уча-
стка может быть найдена из уравнения П. П. Аргунова
”Qo (Н - / . l h0 — l . I . . R \
п2-------------arcsh------------arcsh-----h In—
nk ' l г» I R r0 '
(VII—52)
Для приближенного нахождения сниженного уровня в цен-
тре контура может служить также формула «большого ко-
лодца»
> R
nQ0 in —
№----------(VII—52а)
— 184 —
При построении депрессионных кривых по уравнениям
(VII—51), (VII—52) и (VII—52а), при работе несовершенных
дрен вводятся дебиты несовершенных дрен, определяемые по
формуле (VII—50).
Вопрос о времени осушения и об определении дополнитель-
ного количества дренажных вод, подлежащих откачке в период
формирования депрессионной воронки, также весьма прибли-
женно может быть решен путем использования формул (VI—
34), (VI—35), (VII—36) и (VII—37).
Расчет вытянутых в плане одноконтурных групп дрен
(при отношении ширины контура к его длине, превышающем
1 :5) лучше производить по методам, указанным для двухли-
нейных рядов, вводя при этом в расчет только дрены, располо-
женные по вытянутым линиям контура.
4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МНОГОКОНТУРНЫХ ГРУПП
ВЕРТИКАЛЬНЫХ дрен
В практике городского и промышленного строительства
встречаются случаи, когда две или более контурные группы вер-
тикальных дрен, расположенные на сравнительно небольшом
расстоянии, взаимодействуют одна с другой.
Задача о гидрогеологическом расчете подобного рода си-
стем дренажа является весьма сложной и соответствующего
решения пока не имеет. Такие системы могут быть рассчитаны
по методу ЭГДА или же (приближенно) с использованием ме-
тодики, разработанной автором. Суть этой методики заключает-
ся в следующем. Предположим, что необходимо произвести
определение дебита двух взаимодействующих однотипных групп
вертикальных дрен (рис. 113,а) при их работе в условиях бас-
сейна подземных вод (т. е. без учета наложения на работу дре-
нажа естественного потока).
Вначале определяем дебит одного большого невзаимодей-
ствующего колодца радиусом г0, который для напорных вод мо-
жет быть выражен формулой
2itkmS0
(VII-53}
Затем подсчитываем суммарный расход всей группы из п
взаимодействующих дрен, имеющих радиус гс и расположен-
ных по периметру круга с радиусом г0 на равных расстояниях
друг от друга. Этот расход для тех же условий может быть вы-
ражен формулой
2nr.kmS
(VII-54}
— 185 —
где Ry—радиус действия установки для двух контурных групп
Ry=R+a (где й=а0 — половина расстояния между
центрами двух контуров);
So — понижение напора (или уровня) в центре каждого кон-
тура;
S — понижение напора (или уровня) в самих дренах.
Тогда, разделив выражения (VII—54) на (VII—53), най-
Рис. 113. Схемы к расчету многоконтурных групп вертикальных дрен
а — два контура; б — трн контура; в — четыре контура; г — многоконтурный ряд
дем коэффициент уменьшения суммарного расхода группы из п
дрен за счет их взаимодействия:
(VII—55)
Диалогично этому в безнапорных условиях будем иметь
р
п in _ s0) So
«1-=-
1п
nr^~lrc
(2HS -S)S
(VII—56)
— 186 —
Следует отметить, что в практике при расчете дрен, рас-
положенных по контуру, часто их суммарный дебит приравни-
вают к дебиту «большого колодца», т. е. принимают 04 = 1.
Дебит каждого из двух «больших колодцев» может быть опре-
делен по формуле
" 2rJtmS0
(VII—57)
Тогда разделив выражения (VII—57) на (VII—53), найдем
коэффициент уменьшения дебита двух групп
взаимодействия между собой:
Этот коэффициент остается одинаковым и
условий.
Суммарный коэффициент взаимодействия
Еа = оцяо.
дрен за счет их
(VII—58)
для безнапорных
составит
(VII—59)
Порядок расчета принимается следующим образом:
по формулам «большого» невзаимодействующего колодца
(соответственно для напорных или безнапорных вод) подсчи-
тывается дебит последнего;
далее, пользуясь выражениями (VII—55), (VII—56),
(VII—58) и (VII—59), находят значение суммарного коэффици-
ента взаимодействия Sa;
затем, умножая на этот коэффициент дебит «большого» ко-
.лодца и деля полученную величину на число дрен в каждой
группе п, находят искомую величину дебита каждой взаимодей-
ствующей дрены группы в условиях их взаимного влияния.
Если дрены являются несовершенными, то их дебит может
быть определен с использованием формул автора:
в напорных условиях
<?» = <£ — /1 — 7[1п (—) 1/'-^1|
т ' т ' у т j
(VII - 60)
в безнапорных условиях
С''=^7г(1-7[|п(-т)1/-Й-1!- (VII—61)
Таким же приемом можно получить выражения и для опре-
деления коэффициентов взаимодействия многоконтурных групп
дрен, например расположенных по вершинам равностороннего
треугольника, по углам квадрата, по прямой линии и т. п.
— 187 —
Значение коэффициента 04 независимо от схемы располо-
жения взаимодействующих групп дрен определяется по форму-
лам (VII—55) или (VII—56).
Для нахождения коэффициента а2 выражения примут со-
ответственно следующий вид:
для трех взаимодействующих групп дрен, расположенных
по вершинам равностороннего треугольника (рис. 113, б),
а2 == —
In
(VII—62)
1
in -У—
Гр
% '
L 4’оГ» .
где Ry— радиус действия установки; для трех контурных групп
Ry = 7?-|—1,16 о0 (где —половина расстояния между центрами
трех контуров).
Для четырех взаимодействующих групп дрен, расположен-
ных по углам квадрата (рис. 113, в),
(VII-63)
где Ry— радиус действия установки для четырех контурных
групп;
Ry = R-h 1,41 а0 (где о0 —половина расстояния между центрами
четырех контуров).
Для п взаимодействующих групп дрен, расположенных по
линии (рис. ИЗ, г},
у In Ry
л in ---
________Гр
% r.Ry 1
In + -5—
ЛГО 2а0 J
(VII—64)
где X—коэффициент короткости ряда, определяемый по форму-
лам (VII—14) и (VII—15).
Ry—радиус действия установки из п контурных групп, рас-
положенных по линии Ry=R + Ro+fo (где г0 — приведен-
ный радиус каждой из контурных групп; Ro—приведен-
ный радиус ряда, равный — ; где L — длина ряда).
Следует отметить, что дебиты крайних групп дрен при та-
кой схеме их расположения будут существенно отличаться от
дебитов групп дрен, расположенных в середине линии, что и
должно быть учтено в расчетах.
В практике наиболее часто можно встретить случай распо-
ложения трех контурных групп дрен. В этом случае средний
188 —
суммарный дебит каждой из контурных групп дрен может быть
определен по формулам:
в напорных условиях
2tc/?/mS0
go J к/?У '
Q Jq _
—Qo Ср-
(VII—65)
в безнапорных условиях
SQL.cp =
Ttk (2/7s - So) So
[1„ -!s-+xA
L 0 J
(VII—66)
Переход же от средних суммарных дебитов трех контур-
ных групп дренЕфоСрк суммарным дебитам двух крайних ^кр
и к центральной £QoU группам дрен может быть сделан по
формулам
<vn-67>
(2<? + 1)
И
= (VII—68)
2?+ 1
где
[In /?у — 0,5 In 4oq]
[in/?у —0,5 In 8ag]
(VII—69)
На практике многоконтурные группы дрен не всегда Гео-
метрически правильно расположены (т. е. расположены не обя-
зательно на одинаковых расстояниях 2з0),имеют различные раз-
меры контуров Го и разные расчетные параметры k, т, So, 5
и т. д.
В этом случае расчет их дебита может быть произведен
следующим образом. Вначале производится осреднение всех
величин и на основе их определяется дебит каждой из групп
дрен с учетом их взаимодействия. Затем находятся поправочные
коэффициенты, учитывающие различие в расстояниях, размерах
и расчетных параметрах для каждой из групп дрен в отдельности.
Далее, умножая полученные ранее дебиты на эти поправочные
коэффициенты, находится дебит каждой группы дрен с учетом
соответствующих им расстояний, размеров и расчетных парамет-
ров.
Для нахождения сниженного уровня подземных вод и по-
строения депрессионных кривых по различным направлениям
(вне контуров группы, но в зоне, не выходящей за пределы ра-
— 189 —
диуса депрессии /?у) могут быть применены уравнения Ф. Форх-
геймера, соответствующим образом преобразованные;
в напорных условиях
и и п®0
I 1 /
— 1п(хп х2, х3,
п
в безнапорных условиях
2т. km
1_
п
Нх—высота пониженного напора (соответственно
уровня воды в безнапорных условиях) в любой
точке осушаемого участка;
Нs-— напор (в безнапорном пласте — мощность) в
заданной точке участка;
nQ"— суммарный дебит многоконтурных групп дрен;
ai,a2> х3,хп — расстояния от заданной точки до центра каж-
дой контурной группы дрен.
По тем же уравнениям могут быть подсчитаны пониженные
уровни подземных вод и в центре того или иного контура либо
в другой заданной точке при работе многоконтурного дренажа;
в этом случае значения хь х2, х3, — хп представляют расстояния
от центра работающих групп дрен до искомой точки.
Переход от заданного понижения напора (или соответствен-
но уровня) воды в центре многоконтурных групп дрен So к по-
нижению напора (или уровня) воды в самих дренах
быть также сделан и по формулам:
для напорных условий
Rn 1
где
S может
lQrJn
пго Ч.
2nr.km
для безнапорных условий
Rn 1
(VII-72)
iq; in
'с
г 2_______
п
(VII-73)
методом
(2Hs — S)S
при этом расчет по формуле (VII—73) производится
подбора.
Вопросы установления времени осушения и определения до-
полнительного количества дренажных вод, подлежащих откачке
в процессе формирования заданной депрессионной воронки, оп-
ределяются так же, как и для одноконтурных групп вертикаль-
ных дрен, а затем получаемые при этом время t и расход Qo6ui
умножаются на коэффициент взаимодействия а2.
— 190 —
1
5. РАСЧЕТ ПЛОЩАДНОГО (СИСТЕМАТИЧЕСКОГО)
ВЕРТИКАЛЬНОГО ДРЕНАЖА
Площадные (систематические) дренажи вертикального ти-
па представляют собой группы более или менее равномерно
распределенных по дренируемой площади колодцев, работающих
обычно в безнапорных водах.
Задача о притоке воды к таким колодцам не имеет пока
точного решения. При проектировании приближенный их расчет
производится с использованием уравнений Ф. Форхгеймера.
Общий дебит дренажной системы в этом случае может быть
определен по формуле
Q = ---------—, (VII-74)
In (7? + r0)— —Slnpc,, x3, x3.xn)
n
где
H — мощность водоносного пласта;
<S — понижение уровня воды в колодцах;
п — число колодцев в системе;
гп — расстояния от каждого колодца системы
до центра пола понижения;
R — радиус действия системы;
г0 — радиус равновеликого круга, которым за-
меняется все поле понижения.
Когда применяются колодцы несовершенного типа, в расчет
по формуле (VII—74) вводится поправка на их несовершенство.
Величину этой поправки можно приближенно
эмпирической формуле автора
<F = 1 — 7 [in (Л)./^-1
подсчитать no
(VII—75)-
г I
rjwh =-----относительное погружение водоприемной
Н
лодца (фильтра) в водоносный пласт;
гс— радиус колодцев;
I—глубина погружения водоприемной части
в водоносный пласт.
Тогда общий дебит дренажной системы из несовершенных
колодцев составит
части KO-
(фильтра)
QHc = Qc^ 1-7 In
(VII—76)
где Qc определяется по формуле (VII—74).
Высота пониженного уровня подземных вод в пределах по-
ля понижения может быть определена приближенно по уравне-
нию ____________________________________________
hx~-\/ Н2 — ~ 1п(/? + г0)-----— ln(xlt х2, х3...Х„)1,
1/ T.k L П J
(VII—77),
— 191 —
где hv—пониженный уровень подземных вод в ис-
комой точке;
^1» *3» • • —расстояния от этой точки до соответству-
ющих колодцев.
Порядок расчета систематического дренажа принимается
следующий. Вначале производится предварительное размещение
дренажных колодцев по площади подлежащего дренированию
участка. Далее определяется радиус равновеликого круга для
этого участка г0. Затем определяется общий дебит дренажной си-
стемы и подсчитываются пониженные уровни в характерных
пунктах.
Варьируя числом колодцев и схемой их размещения, нахо-
дят такое решение, при котором обеспечивается заданное поло-
жение уровня подземных вод.
И, наконец, уточняется положение депрессионной поверхно-
сти подземных вод.
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ РАЗРЫВА УРОВНЕЙ
ВОДЫ В ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДРЕНАХ
При построении депрессионных кривых вблизи дренажа при
его работе в условиях безнапорных вод необходимо учитывать
величину разрыва уровня воды внутри дрены и за ее наружными
Стенками.
Величина разрыва уровня водьи в вертикальных дренах со-
вершенного типа может быть приближенно подсчитана по эмпи-
рической формуле автора
ДАС == 0,01 аа 1/ (VII—78)
I kF
где ДЛС — величина разрыва уровня в м;
а—коэффициент снижения величины разрыва уровня во-
ды за счет взаимодействия вертикальных дрен;
а—коэффициент, зависящий от конструкции фильтра; при
сетчатом и гравийном а~20, а при других типах
а~7;
Qo — дебит каждой из дрен в м3!сутки;
S — понижение уровня воды в дренах в м;
k — коэффициент фильтрации дренируемого пласта в
м/сутки;
F— рабочая площадь фильтра в л£2, равная 2ггс/;
гс—радиус дрены в м;
I—рабочая длина фильтра в .и.
Значение коэффициента а определяется по следующим фор-
мулам:
— 192 —
Таблица 13
13 Зак. "03
— 193 —
для линейных рядов
А
_________fe____
Г. 3 .
In - 4---
L ~rc 2а
контурньих групп
где R — радиус депрессии в м;
а—половина расстояния между дренами в м;
п—число дрен в контурной группе;
Го — приведенный радиус контурной группы в м.
Для случая, когда динамический уровень в вертикальной
дрене (например, при работе сквозных и забивных фильтров)
снижен до водоупора (т. е. когда длина смоченной части фильт-
ра становится равной величине разрыва уровня Д/гс) формула
(VII—78) принимает следующий вид:
3А q's
ДЛс = 0,01а] а2 —— (VII—79)
г 2~rck
Для несовершенных вертикальных дрен величина разрыва
уровня ДЛНС может быть определена по формуле Ю. Г. Трофи-
менкова
Д^НС --
Дйс
(VII—80)
где Д/гс—величина разрыва уровня в совершенной дрене,
определяемая по формуле (VII—78).
лн =--------:
лс 4- длс ’
с — расстояние от забоя дрены до водоупора;
Лс — величина столба воды в несовершенной дрене.
7. ПРИМЕРЫ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ
ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДРЕНАЖЕЙ
Пример 1. Требуется рассчитать береговой вертикальный дренаж, состоя-
щий из линейного ряда взаимодействующих колодцев совершенного типа
(рис. 114), при работе в безнапорных условиях.
Дано:
И. = 30 л/;
Н3==25 м;
— 194 —
Но =22,48 л/;
^ = *1/(302-253)4-25= = 29,6 л;
/?, = 150 м\
= ] 850 м\
S = Hs — H0 = 29,6— 22,48 = 7,12 м\
L = 150 4- 1 850 = 2 000 и;
длина дренажа равна 1 500 м;
й=10 м)сутки (коэффициент фильтрации водоносного пласта);
2а = 25 гл.
Рис. 114. Расчетная схема берегового вертикального дренажа со-
вершенного типа при работе в безнапорных условиях и его рас-
положении между двумя водоемами
Колодцы оборудованы фильтрами диаметром d=0,3 м и длиной
/=22,5 м.
Решение. Дебит каждого из колодцев ряда определим по формуле
(VII—6)
Qo =
3,1410(2-29,6 —7,12)7.12
12,5 3,14-150-1850
1П 3,14-0,15 + 12,5-2 000
= 306 м3/су тки.
= 18 680 м?]сутки ~ 216 Л[Сек.
Общий дебит дренажа составит:
/1 500
^ = ( 25
Депрессионную кривую подсчитаем по уравнению (VII—8), сведя резуль-
таты в табл. 13.
Определим величину разрыва уровней воды в колодцах по формуле
(VII—78)
ДЛС = 0,01-0,85-20
306-7,12
---------= 0,54 и.
10-21,3
13*
— 195 —
Предварительно найдем
150
In----
0,15
а л =--------------------------- =0,85.
12,5 3,14-1000
In----------4-------------
3,14-0,15 25
Депрессионные кривые с учетом разрыва уровней наносим на профиль
(см. рис. 114); как видим, положение уровня подземных вод на защищаемой
территории при работе дренажа полностью обеспечивает ее от подтопления.
Водозахватную способность определяем по формуле (III—2)
з__________________________________
F = 65-3,14-0,3-22,5 У 10 = 3 003 мД сутки,
что во много раз больше Qo.
Рис. 115. Расчетная схема берегового вертикального дренажа не-
совершенного типа при работе в безнапорных условиях и его
расположении между двумя водоемами
Пример 2. Требуется рассчитать береговой вертикальный дренаж, состо-
ящий из линейного ряда взаимодействующих колодцев несовершенного ти-
па (рис. 115) при работе в безнапорных условиях.
Дано:
Н' = зо м\ /?2 = 1 850 м‘
7/3 = 25 L = 150 +-1 850 = 2 000
=150 м; 5=7,12 м;
Н5 = у/Гiwo- <302 - 252) +253 = ^9,62 и;
2з = 25 м;
гс = 0,15 м. (фильтр гравийного типа);
1= 11 м;
F = -dl = 3,14-0,3-11 = 10,36
k = 10 м) сутки',
— 196 —
длина дренажа равна 1 500 м;
As = 7,124-5,5 = 12,62 м\
Г= 29,62—12,62= 17 лг,
hx =30— 17= 13 м\
Л, = 25 — 17 = 8 м\
134-8 + 12,62
Лер — ..
= 11,21 л/;
12,5
Л'= In------—
3,14-17
17
11
I
2Т
33,55 „ п
—— = 2,94;
11,42
3,14 150 1850
I-----------------= 33,55;
г 12,5-2 000
4-17
2 In ----
0,15
11
----= 0,323;
2-17
- 1,38= 11,42;
= 4 — (по графику рис.
103).
Решение. По формуле (VII—7) подсчитаем дебит каждого из несовер-
шенных колодцев:
Qo = 3,14-10-7,12
2-11,21—7,12
12,5
3,14-0,15
3,14-150-1 850
12,5-2 000
2-17-2,94
(14-2,94) 33,55
= 261 м*/сутки.
Тогда общий дебит дренажа составит
261 = 15 920 м3! сутки
185 л[сек.
Подсчет депрессионной кривой производим по уравнению (VII—8), ре-
зультаты сводим в табл. 14 и наносим на профиль (рис. 115) с учетом раз-
рыва уровней.
Разрыв уровней воды в колодцах определяем по формулам (VII—78) и
(VII—80), предварительно найдя величину Ян:
11,5
н ~ 22,54-0,71 ~ °’5’
ДАС = 0,01-0,85-20
/261-7,12
10-10,36
= 0,71 .к;
Дйнс =
0,71
14-°.5
= 0,50 м.
Пример 3. Требуется рассчитать береговой вертикальный дренаж, со-
стоящий из линейного ряда взаимодействующих колодцев несовершенного
— 197 —
ОС
CM’S-ОООО
ООО СО Ml CM
СО СМ СМ СМ СМ
•— со со
I - -см
I моем -
см.— со
н
СЗ
5Г
то
о
ье
со
3
со
е>
со
•о
5:
й»
со
о
£
со п п со со
оо оо оо оо оо
О1 см
СО М" со о
-г -т -г -t- мо
см см см см см
мо
ouor-oo I
rt- оо — I
СМ — —I
типа (рис. 116), при его работе в безнапорных условиях и отдаленной об-
ласти питания потока подземных вод.
Дано:
И = 30 м; гс = 0,15 л;
R= 150 м; длина дренажа равна 1 500 м;
I = 11 м\ h0 = 22,53 м;
k = 10 м/сутки-, Qj = 9,33 м3[сутки’,
2с — 25 м.
Решение. Предварительно определяем
304-22,53 _ „
Л = —--------= 26,26 м;
мо мо мо мо
см см см см
СО СО СО СО
Рис. 116. Расчетная схема берегового вертикального дренажа не-
совершенного типа при его работе в безнапорных условиях и нали-
чии потока подземных вод из отдаленной области питания
МО МО МО МО
см см см см
мо мо мо мо
-tcr>
оо со т* —
о о сГ о'
Г2 = й0 = 22,53 м-,
+ 0,44-22,53 = 159,9 лг,
12,5
£ = °-731g54w5=1-WS:
1
25
159,9
—— = 0,862;
1,045
СО со СО со СО
оооооо ооос
h - 1 ’ ’
t + 1.471g зГ4.Т,-
Sin 2-26,26
----------------------= 0,813.
1 +1,471g 3,14-11
sin ~ ~ ~~—
— 199 —
— 198 —
хн CM 24,05 24,43 24,91 25,39 25,88 26,82 х> х> О)
v'jcz ^й+1 eo ОС X *3“ о 0,968 SSfr‘1 1,936 2,880 ОС
A’d H+l о о 0,1(
у‘7дг xb о о 0,088 0,44 0,88 1,32 1,76 2,64 4,44
^1DZ 5G32
1 л’’& 250 с 1-0 2 500 5 000 7 500 10 000 1 । 15 000 25 000
I£+l
loxllcn- + rH ю со сч сч г" "К т—< »—< ст ст ст
т—< г-< т—« г- —< <
J+I 1,691
X .
Inxl m 1,29 1,07 0,89 0,87 0,86 98*0 0,85 С8‘0
Jd+i -<
(!/ я) ’d_-I г--*
°ч- н 7,47
JH-i С)
j-i о
1 169*0
СО СО ю о’ 0,644 СТ) 0,799 0,802 0,806 X о X
0,656 0,793 1 0,950 0,974 0,983 0,987 0,991 0,994
X со СМ » н ст СО см ст СО сч 173 со V—♦ 085 052
3 — 0,5 сч о 0,0 0,0 0,0 0*0 0*0 0,0
1 ol Н 0,25 0,125 0,025 0,0125 0,0083 0,0062 0,0011 0,0025
X > । о ю 100 500 1 000 1 500 2 000 ст ео 5 000
— 200 —
По формуле (VII—10) с учетом несовершенства подсчитаем дебит
каждого колодца ряда:
2-0,862
Q°~ 1 +0,862 Х
2-12,5-10-26,26
-----——---------(30 - 22,53) 0,763
1он,У
\
*
= 216,62 м3 сутки
По уравнению (VII—14) с учетом несовершенства подсчитаем значения
Цх в сторону защищаемой территории, сведя результаты в табл. 15.
Далее по данным табл. 15 строим депрессионную кривую в сторону
защищаемой территории (см. рис. 116).
Рис. 117. Расчетная схема берегового вертикального дренажа,
состоящего из двухлинейных рядов колодцев
Пример 4. Требуется рассчитать береговой вертикальный дренаж из-
двух линейных рядов колодцев совершенного типа, расположенный между
водоемами (рис. 117).
Дано:
/Д = 30 м;
Н2 = 25 лк,
L = 2000 лк,
= 1 350 лк,
R2 — 650 м;
л01 — — 350 лк,
х02 = 350 ле,
k — 10 м/сутки;
Н л = /7о2 = 20 ле,
rc, =rf3 = 0,15 ле,
Rx = 650 м;
/?2 = 1350 ле,
2s = 25 м
Решение. Предварительно найдем расчетный напор в месте расположе-
ния рядов колодцев.
По формуле (VII—26):
Qn
3,14-10
-3,14
In 1 — е
(—350—350)
12,5
— 350
2 000
) (302—252) +-
Qn 1 350 / 35о ч г—-----------
252 —---------- ( 0,5 —-----) = 1 8Ю - 1.7 Qn
10-12,5 \ 2000/ *
— 201 —
По формуле (VII—27):
Подставив найденные выражения для HSi и HSi в уравнения дебита
молодцев (VII—24) и (VII—25) и решив их, получим
, 3,14-10(810- l,7Q;r — 400)
Qr= 12?5 3,14-650-1350 = 115’7“ °’481
In -------- +---------------
3,14-0,15 ‘ 12,5-2 000
314-10(714,4 —1,69-Qj — 400)
12,5 3,14-1 350-650
" 3,14-0,5 + 12,5-2000
= 88,9 — 0,478 Q],
откуда
= 94,6 м?!сутки.}
Qn = 88,9 — 0,478-94,6 = 43,68 ~ 43,7 м3/сутки
и, наконец, подсчитаем депрессионную кривую по уравнению (VII—28).
Результаты сводим в табл. 16 и отображаем на графике (рис. 117).
Пример 5. Требуется рассчитать береговой дренаж из линейного ряда
совершенных колодцев при совместной его работе с придамбовым дренажем
(см. рис. 109).
Дано: 6=10 м/сутки\
2g = 50 м\ гс — 0,225 jw;
Ht— 25 м\ Rx= 70 ж;
Т = Щ = 23 м\ L/ = 350 м;
Я3 = 20 м\ А’4=650 м.
Н4= 22 м;
Решение.
Задаемся /?2=70 м.
Тогда L[ = 140 м, /?з=210 м и £2=860 м.
Левая часть уравнения (VII—42):
3,14 — (232 — 223) 4- 222 — 203)
25(232—222) [860 V‘ } 210
860 + 25 3,14-650-210 ' 860
In------------4- -—’----------
3,14-0,225 25-860
Правая часть уравнения (VII—42):
50
(25 — 23) 23
140
3,14(25- 22) 70
23 3,14-70-70 '
3,14-0,225 + 140-23
— 202 —
Таблица 16
* и 27,3 1 20,3 с-О СО 04 о см см ю СО 04
7 04 О> ТГ
л LO
М I ч- 4 г н 04 см со г* -< со ю 04
• г Z н 625 625 1 625 625 625 625
( 7 Z оо см О СО 295,2 оо 04
\ х I ' 'Я1Ь 1 сн со 24( о
оц 04 04 04 04 04 04
'ихЪ i О О О) •^г О Tf О
уи. Щ ПЛ 39 оо оо со о о о
е°х —Х)х— CQ »—<
оо
С Э—1 И! со 04 <О со со со со
(10х—х)м— Г~
2[1L t СО СО СО со СО СО
/7 ?Л оо СО 04 04
\ х 1/ тг/11д Л t 424 377 283 236 ст
/7 г\ СТ ОО СО LO 04 г—’
\ X I/ о о со О О т—с
У см см 04 04 СМ 04
1ап0 i t тГ ^г ГГ
о Э~1 ЦК щ Ч п 04,6 34,6 9'10 22,9 со
(‘°Л —Х)х— t Tf СО 04 т-~<
£ «I сп оо сл> со оо о о
(10х—х>— О) 04 и оо
V-4 cf ’’Г Tf* ь*»
ъ t »“* V—•
X -800 —600 —200 009+ 4 8оо
203 —
Задаемся /?2=150 м.
Тогда Li = 220 м, /?3 = 130 £,—780 м.
Левая часть уравнения (VII—42):
Г130 1
скгочз оо-л 3,14 — (232 _ 22=) 222 — 202
25(233—22-)^ [ 780 4 7 ____ ] 130
780 ‘ Г 25 3,14-650-130 1 '780
In-------------4----------—-----
L 3,14-0,225 25-780
Правая часть уравнения (VII—42):
50
(25 — 23) 23
220
3,14 (25-23)-150
23 3,14-70150
3,14-0,225 220-23
= 3,85.
Откладывая на вертикальной шкале графика полученные значения
Qj и 2aQ2 (см. рис. ПО), а на его горизонтальной шкале величины
Т?2, строим две взаимно-пересекающиеся кривые; в точке пересечения этих
кривых находим искомую величину /?2=140 м.
Зная величину R2. делим весь поток на два участка-фрагмента I и II
и определяем расходы придамбового дренажа и линейного ряда совершен-
ных колодцев.
Для придамбового дренажа (I фрагмент) будем иметь:
7^=70, Rz= 140, £, = 210, 77, =25, 779 = 23, 770 = 23, гс = 0,225,
k = 10, 7= 23.
Приток воды к придамбовому дренажу на участке длиной 2а=50 м
составит
_ nk2sS 3,14-10-50-1,39
=-----7---~D~D~ = -----------------о',, 1~4П ' = 215 м3/сутки,
1 r.RxR2 . 23 , 3,14-70-140
In — -4------ In-------------4--------------
r.rc LXT 3,14-0,225 210-23
где
77i — 77, 25—23
5 = ——г- /?2 + 772 - 770 = 140 4-23 - 23 = 1,39 м.
Для линейного ряда совершенных колодцев (II фрагмент) будем иметь;
£2 = 790, 7?3 = 140, /?4 = 650, 77, = 23, 773 = 20, 774 = 22,
£=10, гс = 0,225.
Приток воды к одному из колодцев ряда составит:
к£(77^—77^) 3,14-10(22,92 — 222)
Qo = —----------- =--------—------------------— =69,6 м3]сутки-,
, ° , "7?;<7^ , 25 , 3,14-140-650 '
In -4- 1п -4-----------
~rc vLi 3,14-0,225 25-790
Hs==l ^+^4 = 1/^(23г-22з)4-22з = 22,9 ж.
I/ I/ /Уи
Построение депрессионных кривых производится раздельно для I и II
фрагментов.
— 204 —
Пример 6. Требуется рассчитать
стоящий из совершенных колодцев
Дано:
котьцевой вертикальный дренаж, со-
работающий в безнапорных водах.
L = 300 М',
В - 150 М-,
//=14 м\
h0 = 10,5 м;
k = 15 м)сутки-,
/?=281 .я;
гс= 0,1 м.
и
Решение. Предварительно определяем радиус равновеликого круга
яо формуле (VII—45):
, ,„300 + 150
г0 = 1,17---------=131 м;
4
В 150 Л „
г'=1-17 (по табл- 12)-
OvU
Рис. 118. Вспомогательный график за-
висимости n—f(ho)
Далее задаемся n=18: S=7 м.
По формуле (VII—49) подсчитываем дибит каждого колодца дренажа-
3,14-15 (2-14 — 7)-7
28Р8
In------------——-
18-13117-0,1
= 383 я*/сутки.
По формуле (VII—52а) определяем высоту пониженного уровня подзем-
ных вод в центре участка:
Ло
281
18-3831п —
_________131
3,14-15
= 9,15 м.
Вычисленное /г0 меньше заданного (9,15<10,5). Производим перерас-
чет. Задаемся л=15; 5=7 м. Тогда Qo=435 м31сутки. и й0=9,55<10,5 ,м.
Задаемся п=10; 5 = 7 м. Тогда Qo=505 м?1сутки, а Л0=14,7>10,5 м.
0=12 . 498 = 5 980 м3/сутки~69 л/сек.
— 205 —
На основании полученных значений строим график (рис. 118). По гра-
фику определяем, что при п=12 Ло=1О,3. Задаемся п=12 и S=7 м.
п 3,14-15(2-14 — 7)7
° “ 281 и
In---------------
12-131Н.0,1
= 498 м3!сутки',
281
12-498-ln —
143 ~ ' о ° = 10 Л-
3,14-15
/г0 =
Рис. 119. Схема расположения колодцев
а ~ xi — xs = х1 = лп = 165; х, — х, = хе = х10 — 105; х3—хв—75;
Хе. = JT,2 150;
— .г, =.*11=105; х2=х10= х12 = 75; xs=x9 =» 110; xt = xg — 170; х5=- лг7=*240;
х6 = 225
точный подсчет й0 (рис. 119,а) производится по формуле
12-498
145 — -------
3,14-15
In 281 —-^-10(4-165+ 4-105 + 2-75+2-150)j =
= 9,3 м.
Высота пониженного уровня в точке А (рис. 119,6) определяется по
формуле (VII-51):
h
, 12-498
142— -------
3,14-15
In 281 — ~ 1п(4-105+3-754-2-170-1-2-240+225)
= 9,7 м,
что удовлетворяет заданным условиям.
Общий дебит дренажа
Q = 12-498 = 5980 мР/сутки х 69 AjceK.
Пример 7. Требуется рассчитать кольцевой вертикальный дренаж из
несовершенных колодцев, работающий в безнапорных водах.
Пано:
L = 250 м,
В = 125 м\
/7 = 30 м',
110 = 25 м ;
k = 10 м}сутки',
R — 310 м;
гс = 0,15 м;
Н =0,2.
— 206 —
Решение. Предварительно определяем радиус равновеликого круга гс,
по формуле (VII—45):
г0 =
250+125
1,17 4
= НО
— = ^^ = 0,5; г. = 1,17 (по табл. 12).
£ 250 1 4 1
Далее задаемся zz=18, S = 8 м, 1=7 м.
Дебит каждого из колодцев несовершенного типа определяется по»
.формуле (VII—50) с предварительным вычислением вспомогательных вели-
чин:
7
/г = 8 + — = 11,5 м ;
2
7=30 — 11,5= 18,5 м\
18,5 Г 4-18,5 / I VI
*. = — 2 In——1,38= 17,22;
’ 7 L 0,15 \2Т /]
о“Г=<Г7Г7 = 0’189; /==(^+) = 5 *-75~по графику (рис. 103);
2/ 2-10,0 \2/ /
N= In
ЗЮ18
18-110i7-18,5
N 17,921
— =---------= 1,04;
5 17,22
Qo =3,14-10-8
2-11,5 — 8
ЗЮ18
18- ИО’?. о,15
2-18,5-1,04
(1+1,04) 17,921
= 424 м3/с у тки.
Высота пониженного уровня подземных вод определяется по формуле*
(VII—52)
18-424
302 — --------
3,14-10
30 — 7 7 Ло-7 7
-----arcsh — —-------arcsh —
7 ПО 7 310
310
110
= 1 605,47 +О,774Ло;
/25 = 605,47 + 0,774 Ло,
откуда ft0=25 м.
Общий дебит дренажа составит
Q = 18-424 = 7 630 м3/ су тки 90 л/сек.
Время осушения участка, защищаемого кольцевым дрена-
жем, определёно подбором с использованием формулы (VI—37) .
Предварительно находим:
Лйе 10-275 , О7С 9,
а = —- = 1 375 м-/сутки;
д Я±Л. =30±2> = 275 м
s 2 2
-QcP=7630 л'/сутки.
— 207 —
Зад а емся
Находим:
временем осушения /=100 суток.
г2
4а t
Р?
at
1102___
4 1 375-100
310"
1 375 • 100
0,02 <0,1;
0,1.
Ei
4at
, 2,25 at , 2,25 1 375.100
= — In--------- = — In —---------------
г2
ro
110-
9
= - In 25,5 = — 2,3-1,41 = - 3,24.
По графику (см. рис. 94,6) находим
Ell— — ) = _ 1,05.
\ /
По подстановке з формулу (VI—37) получаем
п 2-3,14.10(302—252) _п_п
<2общ = о.х , / , " = ' 950 м?1сутки, что довольно
— 3,24)4-(—1,05)
близко к SQcp = 7 630 м2[сутки.
Следовательно для осушения участка потребуется около
•3 месяцев.
Глава VIII
ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПОДЗЕМНЫХ
ДРЕНАЖЕЙ
1. РАСЧЕТЫ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ДРЕН
Расчет канав, лотков и труб. Гидравлические расчеты гори-
зонтальных дренажей трубчатого типа заключаются в определе-
нии их диаметра и наполнении водой, а также в проверке ско-
ростей течения воды.
Гидравлический расчет открытых горизонтальных дрен (ка-
нав и лотков) и дренажей галерейного типа сводится к нахо-
ждению глубин наполнения их водоотводных частей при задан-
ном дебите1 дренажа и к проверке скоростей течения в них во-
ды. При этом минимальные скорости в открытых и закрытых
дренажах галерейного типа могут быть приняты г\)ИН= 0,2 м/сек;
максимальные же скорости в них должны соответствовать до-
пустимым скоростям для данного материала (или типа крепле-
ния) .
При подборе необходимых диаметров трубчатых дрен и
определении глубины наполнения труб, лотков и канав, а также
при проверке максимальных скоростей течения воды в них сле-
дует исходить из максимально возможного дебита дренажа, от-
вечающего периодам максимальных уровней подземных вод для
площадного (систематического), головного, кольцевого и пласто-
вого дренажей или же периоду наивысшего горизонта воды в
реке для берегового дренажа.
При проверочных расчетах на минимальные значения допу-
скаемых скоростей, определяющих минимальные уклоны дрена-
1 При расчете канав и лотков необходимо исходить из пропуска по ним
не только дренажных, но также и поверхностных вод (если таковой преду-
сматривается) .
14 Зак. 703
— 209 —
жей, обычно исходят из зимнего или летнего режима работы
дренажа.
Скорость течения воды в дренажных канавах и лотках опре-
деляется по формуле
<v = cVRi, (VIH-1)
где R — гидравлический радиус;
i — уклон дренажа;
70
с =-------- (по формуле П. Ф. Горбачева).
14- с
У Я
Для трубчатого дренажа при работе дрен полным сечением
формула (VIII—1) может быть приведена к виду
= (VIII—2)
£
где d — диаметр дрен;
у d
Значения коэффициента шероховатости внутренних поверх-
ностей дренажей а могут быть приняты: для керамиковых труб
0,10; для бетонных труб или лотков 0,12; для асбестоцементных
труб 0,12; для деревянных труб или лотков 0,12; для канав с
мощением 0,50.
Для упрощения расчетов по формуле (VIII—2) может быть
использована номограмма (рис. 120).
Скорости течения воды в трубчатых дренажах допускаются
обычно в пределах от 0,15 до 1 м/сек. Меньшая скорость недо-
пустима из-за опасности заиления, большая же грозит опасно-
ностью размыва грунта. Наименьшая допустимая скорость для
глинистых грунтов 0,15—0,2 м/сек, для песчаных—0,3—0,35л£/сек.
При этом предполагается, что загрязненные верховые воды в
дренаж не поступают. Наибольшая скорость принимается не бо-
лее 1 м/сек, а оптимальная — заключается в пределах 0,5—
0,7 м/сек.
Из формул (VIII—1) и (VIII—2), определяющих скорость
v, можно найти значения уклона, соответствующего той или
иной скорости:
для канав и лотков
V2
f =----;
с2/?
для труб
4и2
I = —.
C'-'d
(VIII—3)
(VIII—4)
— 210 —
Подставив в формулы (VIII—3) и (VIII—4) предельные
значения v, получим тот минимальный или максимальный уклон,
который может быть допущен для заданного размера дрен.
Пропускная способность дрен определяется уравнением
Q = -uu>, (VIII—5)
где со— площадь поперечного сечения дрены, заполненная водой
(живое сечение).
Принятая пропускная способность должна соответствовать
ожидаемому дебиту дрены. При этом в трубчатых дренах не сле-
и м/сек 7
г 1,00 0,05. rf2,0
OJO 0,04- 10,0 : 8.0 90 . 80
-0,80 • 6.0 3,0 70 . 60 гс
0,70 0,03 -4,0 50
3,0 у 45
0,60 0,025- -40
2,0 / 35
OSO 0,02- 1,5 у' -30
1,0 У -25
0,40 0,015 0,8y' 0,6 20
fa -15
0,35 0,01- 0,4 - 0,3
OJO 0,009 -10
0,008- 0,2
0,25 OfiO7. 8
/0,006 0,1 .6
0.20 / 0,005 5
0,18~" д -0,16 - .0,14 У 0,004- '— 0.0035- 0003- 0.05 0,04 0,03 0,02 4 3 -2
0,12 0,0025 0,015
0,10 0,002 0,01
0,0018
0,09 0,0016. .0,005 1
.0,08 0,0014. 0,004
0,07 0,0012 0,003
0,06 0,001 - 0,002
0,0009- 0,0008
0,05 0,0007 0,0006 0,001
“• 0,0005
Рис. 120. Номограмма формулы (VIII—2)
Ключ: I шаг — от точки (0,20 .«) на шкале d провести прямую до точки
(0,003) на шкале i, заметив при этом точку А на немой шкале; II шаг —
точку А на немой шкале соединить прямой с точкой (45) на шкале с.
В точке пересечения этой линией шкалы отсчитать искомую скорость
(0,55 м!сек]
14*
— 211 —
дует добиваться полного заполнения их водой, так как макси-
мальная пропускная способность получается при заполнении на
высоту 0,95d, а наибольшая скорость— при заполнении на 0,81с?.
Практически глубина заполнения обычно принимается в осуши-
телях не менее 5—1О°/о от полного заполнения; в собирателях—
не менее 25—30% и в маги-
Рис. 121. График расчета трубчатых
дрен при различном их наполнении
стральных коллекторах —
не менее 40—50%.
Гидравлические расчеты
трубчатых дрен могут быть
значительно облегчены при
пользовании графиком, изо-
браженным на рис. 121.
Задаваясь диаметром
дрены, находим для задан-
ного уклона ее пропускную
способность при полном за-
полнении Qi по формуле
Qi = 0,39 (VIII—6)
и во формуле (VIII—2) —
соответствующую ей ско-
рость. Для облегчения рас-
четов по формуле (VIII—6)
составлена номограмма
(рис. 122).
Зная ожидаемый дебит 1 дрены Q, находим соотношение
Q : Qi. По графику (см. рис. 121), восставляя перпенди-
куляр с вертикальной шкалы от точки, соответствующей этому
соотношению, до пересечения с кривой скоростей, находим на
горизонтальной шкале значение коэффициента ц— перехода от
скорости при полном наполнении дрены к скорости v2 при за-
данном ее наполнении.
Тогда искомая скорость определяется по формуле
<p2==^i. . (VIII—7)
Пример. Для общего дренирования территории заводского поселка про-
ектируется горизонтальный площадной (систематический) дренаж в виде
магистрального коллектора, разрезающего дренируемую площадь на две
равные части, и системы параллельных дрен-осушителей, направленных с
обеих сторон нормально к коллектору (рис. 123). Требуется подобрать раз-
меры дренажных труб и проверить допустимость принятых уклонов дрен-
осушителей и магистральной дрены-коллектора.
Предварительно принимаем диаметр труб для дрен-осушителей d=
=0,1 м, а для магистрального коллектора на участке от начала его до впа-
дения дрен-осушителей № 5 и 6 (расчетное сечение I) d=0,2 м и на уча-
стке от расчетного сечения I до впадения дрен-осушителей № 9 и 10 (рас-
четное сечение II) d=0,25 м.
Коэффициент шероховатости асбестоцементных труб а=0,12.
1 Здесь ожидаемый дебит Q выражается в тех же единицах, что и Qi,
т. е. обычно в м^сек.
— 212 —
Уклон дрен-осушителей t = 0,005. Уклоны магистрального коллектора к
сечении I — 0,003; в сечении II—0,002.
Расходы дрен-осушителей составляют:
Смаке = 0,017 м3/сек и Qmhh = 0,009 мг!сек.
Расходы в магистральном коллекторе;
QsiJ/ceK 1 С
- 7,07 о.эо 0,80 0.70 -0,60 -0,50 0,40 0,35 0,30 0,25 ^О^ 0,18~~ "" .0,16 0,14 .0,12 0,5- 0,06 'о'оое 0,006 .9,0 6,0 % % 1А 1,0 Ав 0,6 0,4 03 £ /• 0,05 0,04 / 0,03У 4,02 0,015 001 Д007 0,005 0004 0,003 0,002 0,001 0,0005 0,0004 00003 0,0002 гЦ05 0,04 0fi35 • 0,03 0,025 У * » 0,02 0,015 0,01 0,009 0,008 0,007 0,006 0,005 0,004 0,0035 0,003 0,0025 г 100 90 80 70 60 50 45 40 35 30 25 20 18 16 14 12 10 8 6 5 4 3 2
.0,10 0,09 0,08 0,0001 0,002 0,0018 0,0016 0,0014 J 1
0,07 0,06 0,0012 0,001 0,0009 0,0008
0J05 0,0007
0,0006
*
Рис. 122. Номограмма формулы (VIII—6)
Ключ: I шаг — от точки (0,20 м) на шкале d провести пря-
мую до точки (0,003) на шкале i, заметив при этом точку
А на немой шкале; II шаг — точку А на немой шкале со-
единить прямой с точкой (45) на шкале с. В точке пересе-
чения этой линией шкалы Q отсчитать искомую величину
(0,017 м3/сек)
— 213 —
в сечении I
Q =0,0102 м3/сек и Q, =0,0054 м3[сек\
'макс мин
в сечении II
Qn =0,017 м3/сек и Qn =0,009 мР/сек.
макс мин
Для принятых диаметров и уклонов дрен-осушителей и магистраль-
ного коллектора определим по формулам (VIII—6) и (VIII—2) с исполь-
зованием соответствующих номограмм расходы Qi и скорости v{ при пол-
ном наполнении их водой.
Рис. 123. Схема к примеру гидравли-
ческого расчета горизонтального дре-
нажа
Предварительно подсчитываем значения с:
для дрен-осушителей при */=0,1 с=39,8;
для магистрального коллектора при </=0,2 с=45,7, при */=0,25 с=
=47,5.
Тогда:
для дрен-осушителей Qi = 0,0035 мР/сек. (по номограмме рис. 122),
i»i=0,44 м/сек (по номограмме рис. 120);
для магистрального коллектора;
в сечении I
Qj =0,017 м3/сек, vx =0,57 м/сек-,
в сечении II
Q, = 0,027 м3/сек, vx = 0,46 м/сек.
Далее находим соотношение ожидаемых расходов Q и расходов труб
при полном наполнении их водой Qb-
для дрен-осушителей
Смаке = С, = 0,0017; 0,0035 = 0,49,
Смин » Qi = 0,0009; 0,0035 = 0,26;
для магистрального коллектора:
в сечении I
Смаке ! Ci = 0,0102: 0,017 = 0,6,
Смин: С! = 0,0054 : 0,017 = 0,32;
в сечении II
Смаке *• Ci = 0,017:0,027 = 0,63,
Смин : Ci = 0,009:0,027 =0,34.
— 214 —
Для полученных соотношений Q: Qi по графику (рис. 121) находим
коэффициенты перехода от скорости при полном наполнении Vi к скорости
при найденном наполнении v2 и далее по формуле (VIII—7) подсчитываем
искомые скорости t»2 при Смаке и Смин:
для дрен-осушителей:
с'змакс ~ 0,44-0,96 = 0,42 м]сек,
и2мин = 0,44-0,69 = 0,30 м/сек-,
для магистрального коллектора:
в сечении I
Чмакс = 0,57-1,07 = 0,61 м/сек,
v2mmh — 0,57-0,77 — 0,43 м/сек‘,
в сечении II
^2макс = 0,46-1,1 = 0,51 м/сек,
v2MHH — 0,46-0,79 = 0,36 м/сек.
Так как подсчитанные скорости течения воды в дренах не выходят за
допустимые пределы, то, следовательно, принятые уклоны и размеры дрен
могут быть оставлены.
Умножая принятые величины диаметра дрен на соотношение расходов,
найдем максимальные глубины наполнения дрен водой:
*,р.мУи,. = 0>10.® = 0,05 м,
Л.иаг = О,2-0,6=0,12 л,
Л2маг = 0,25-0,63 - 0,16 м.
Расчет фильтрующего заполнения закрытых и пластовых
дренажей. В закрытых дренажах (хворостяных, жердевых, ка-
менно-щебенчатых) и в дренажах пластового типа вода движет-
ся внутри фильтрующего заполнения.
Скорость движения воды в этом случае может быть опреде-
лена по обобщенной формуле С. В. Избаша
гп
v = Sp см/сек, (VIII—8)
где S— обобщающий коэффициент; при выражении в см/сек
можно принимать S = 20 — ;
D — действующий диаметр материала фильтрующего запол-
нения в см\
р — пористость фильтрующего заполнения; принимается от
0,15 до 0,45 в зависимости от крупности материала;
i — уклон дренажа;
>о — кинематический коэффициент вязкости воды, завися-
щий от температуры.
Для гравия и хвороста величина D составляет от 0,5 до
2,5 см; при очень крупном заполнителе (Z)>6 см) можно прини-
мать равным 2.
Для крупного фильтрующего материала средняя скорость
— 215 —
может быть приближенно определена также и по более простой
формуле Н. П. Пузыревского
,у=35]/г см^сек. (VIII—9)
Зная же скорость движения воды в фильтрующем заполне-
нии v м!сек и задаваясь площадью его поперечного сечения
F м2, нетрудно найти водопропускную способность дренажа
Q — vpF м*[сек, (VIII—10)
которая должна превышать приток воды к дренажу или в край-
нем случае равняться ему.
2. РАСЧЕТЫ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ДРЕН
Расчет вакуумных систем. Исходными материалами должны
являться трасса водосбора, данные о потребном числе колодцев,
расстоянии между ними; дебиты колодцев и их зависимости от
понижений уровня воды, а также данные о необходимом пони-
жении уровня воды на защищаемой территории и о динамиче-
ском уровне воды в дренажных колодцах. В ряде случаев может
быть задана отметка воды в приемной камере сборного резер-
вуара.
Наибольший вакуум, который практически может быть со-
здан в системе, равен
hMK = 0,8 — рп < 7 м,
7в
где ра—атмосферное давление;
7В— удельный вес воды;
рп — давление паров воды.
С учетом потерь напора на трение, создание скоростей и
местных потерь предельное превышение сифонного трубопрово-
да над динамическим уровнем воды в дренажных колодцах h
составит
А = 0,8 — — яг 7 —
7в
Отметка шелыги коллектора
Нк=//дин + (7-ЕАда).
Отметка уровня воды в сборном резервуаре
где —общая сумма потерь на участке от крайнего колодца
системы до приемной камеры (от точки входа воды в крайний
колодец до точки выхода ее в приемной камере).
С целью уменьшения потерь напора скорость движения во-
ды в сифоне рекомендуется принимать не более 0,6—0,8 м!сек.
— 216 —
Практически при большой длине водосбора и большом чи-
сле колодцев расчет осложнен тем, что даже при одинаковых
гидрогеологических условиях дебит дренажных колодцев на про-
тяжении водосбора в связи с различными динамическими уров-
нями в колодцах непостоянен, и поэтому точное решение зада-
чи представляет большие трудности.
Упрощенный способ расчета, обеспечивающий достаточную-
точность для практических целей, состоит в следующем.
Расчет выполняется при условии, что динамические горизон-
ты воды в колодцах, обслуживаемых сифоном, устанавливают-
Рис. 124. Гидравлическая схема вертикального дренажа с сифон-
ным водосбором
/—дренажный колодец; 2 — сборный резервуар; 3 — сифонный трубопро
вод; 4— статический уровень; 5 — пьезометрическая линия; 6— приемная
камера
ся на уровнях, соответствующих прямой линии, соединяющей
заданные динамические уровни воды в наиболее удаленном
дренажном колодце и в приемной камере сборного резервуара
(рис. 124).
При неизвестном уровне воды в сборном резервуаре наклон
этой прямой определяется в зависимости от суммарного рас-
четного расхода системы (определенного гидрогеологическим
расчетом) или в зависимости от допускаемого различия уровня
воды в крайних колодцах системы.
Расчетные расходы, переменные для различных участков си-
фонного трубопровода, подсчитываются как сумма дебитов со-
ответствующих колодцев при данном понижении.
По имеющимся расчетным расходам подбирается сечение
трубопровода на отдельных участках из условия, чтобы сумма
потерь напора на соответствующем участке равнялась бы раз-
нице динамических уровней в колодцах, ограничивающих дан-
ный участок, а общая сумма потерь соответствовала бы разнице
уровней в наиболее удаленном колодце и сборном резервуаре.
— 217 —
Таким образом, расчет сифонного водосбора состоит в гид-
равлическом расчете трубопроводов, который может быть вы-
полнен исходя из предельно допустимых скоростей; предельно
допустимых потерь напора; экономических соображений о стои-
мости прокладки труб и заглубления сборного резервуара.
Практически расчет сводится к поверочному расчету на по-
тери напора при расчетных расходах.
Общие потери напора складываются из потерь по длине
трубопровода, местных и на образование скорости.
В связи с малыми скоростями движения воды в сифонной
системе скоростными потерями напора обычно пренебрегают.
Потери напора по длине подсчитываются по уравнению
Yhw = Alq\ (VIII-H)
где А — удельное сопротивление (табл. 16*);
I — длина расчетного участка;
q — расчетный расход на участке.
Для подсчета потерь по длине могут быть использованы лю-
бые таблицы для расчета водопроводных труб.
Таблица 16*
d в мм А для q в м31сек d в мм А для q в м31сек
50 12 900 400 0,196
75 1 480 450 0,105
100 319 500 0,06
125 97,2 600 0,0226
150 36,7 700 0,00993
200 7,92 800 0,00487
250 2,41 900 0,,02б
300 0,911 1 000 0,00148
350 0,401 1 100 0,000892
В связи с тем, что условия движения воды по сифонным
трубопроводам несколько отличны от обычных водопроводных
труб, ряд авторов рекомендует принимать коэффициент шеро-
ховатости равным 0,013 или увеличивать потери напора, под-
считанные при коэффициенте, равном 0,012, на 10—15%.
Для перехода к потерям напора, соответствующим коэффи-
циентам шероховатости, отличным от 0,012, табличные потери
напора или величины их, подсчитанные с помощью удельных со-
противлений, приведенных в табл. 16, должньи быть умножены
на переводный коэффициент (табл. 17).
* По В. Г. Лобачеву при тд =0,012.
— 218 —
Т а б л и ц а 17*
л, 0,011 0,012 0,013 0,014 0,015
а = г Л1 1 2 0,84 1 1,1173 1,36 1,562
1о,1»12/
Подсчет местных потерь производится по уравнению
“-“«J- (VIII —12)
где 6— коэффициент сопротивления;
v — скорость движения воды.
При входе из резервуара в трубу, когда труба выдается в
резервуар, а при выходе из трубы—в спокойную массу воды
6=1. При входе в трубу, когда труба срезана заподлицо со стен-
кой резервуара, 6 = 0,5.
В табл. 18 и 19 приведены некоторые данные для определе-
ния наиболее характерных местных сопротивлений.
Таблица 18
Скоростной напор Г) -М- ~Q Скорость v м1сек
0,3 0.5 0.6 0,7 0,8 0,9 1 1,25 1,5
0,005 0,013 0,018 0,025 1 0,033 0,041 0,051 0,08 0,115
При длинных водосборах детальный подсчет местных по-
терь можно не производить. Для их учета потери по длине уве-
личиваются примерно на 15%.
Количество воздуха, подлежащего удалению из сифона, под-
считывается, исходя из следующих соображений.
В среднем в 100 л воды при нормальном атмосферном дав-
лении содержится около 2,5 л воздуха. При понижении давления
объем воздуха увеличивается обратно пропорционально давле-
нию (табл. 20).
Однако практически из воды выделяется лишь около 60
объема воздуха, приведенного в табл. 20.
Пример расчета сифонного водосбора. Пусть задано: число колодцев
10: колодцы заложены в одинаковых гидрогеологических условиях с интер-
валом 20 м; статический уровень 5 м; требуемое понижение воды в край-
нем колодце системы S=3,5 м на отметке 1,5 м; отметка уровня воды в
сборном резервуаре 0 м.
Для удобства использования зависимость дебитов колодцев от пони-
жений представлена в виде шкалы расходов (рис. 125).
Шкала высот (отметок) откладывается по вертикали 0 и совмещается
с уровнем воды в сборном резервуаре
* По В. Г. Лобачеву.
— 219 —
Рис. 125. Схема к примеру гидравлического расчета сифонного водосбора
в вертикальном дренаже
Кроме вертикальной шкалы высот, на расчетной схеме с принятыми
для колодцев интервалами между ними вычерчиваются вертикальные шка-
лы расходов колодцев, на которых в соответствующем масштабе отклады-
ваются дебиты колодцев для данных понижений.
Для колодцев, заложенных в разных гидрогеологических условиях,
Таблица 19
Потери напора, выраженные величиной, эквивалентной длине труб в м
При диаметре труб d в мм В коленах 90° Тройник на поворотах На задвижках (открытые) На обратных клапанах
50 0,15 0,5 0,1 20
75 0,25 0,9 0,2 21
100 0,4 1,4 0,25 23
125 0,55 1,9 0,35 26
150 0,75 2,6 о,45 29
200 1,2 4,2 0,55 32
250 1,6 5,6 0,75 35
300 2,2 7,7 0,80 38
350 2,7 9,5 0,95 41
400 3,25 11,35 1 43
450 3,9 13,65 1,1 45
500 4,5 15,75 1,15 47
600 6 21 1,2 49
700 7,5 26,3 1,25 51
— 220 —
Таблица ’О
Высота всасы- вания в м Давление в сифоне в ата Объем возду- ха, содержа- щегося в 100 л воды, в л Высота всасы- вания в м Давление в сифэне в ати Объем воэлу ха. содержа щегося в 100 • воды, в л
0 1 2,5 5 0,5 5
1 0,9 2,78 6 0,4 6,25
2 0,8 3,12 7 0,3 8,33
3 0,7 3,57 8 0,2 12,5
4 0,6 4,17 9 0,1 25
•масштабы шкал расходов различны. В данном примере этот масштаб по-
стоянен.
Прямая, соединяющая заданные уровни воды в крайнем колодце и
сборном резервуаре, определяет, как указывалось выше, динамические
уровни в каждом колодце и отсекает на шкалах расходов расчетные де
биты. Расходы и уровни воды каждого колодца выписаны на рис. 125 и в
табл. 21. Там же выписаны расчетные расходы каждого участка, подсчитан
ные как сумма расходов соответствующих колодцев.
Последующий расчет ведется подбором в следующем порядке:
по расчетным расходам и рекомендуемым скоростям назначаются ди
аметры труб;
подсчитываются потери напора.
Подбор считается законченным, если полученная общая сумма потерь
равна разности уровней в крайнем колодце и сборном резервуаре, что до-
стигается довольно быстро.
Итоговые данные приведены в табл. 21 и на рис. 125.
С учетом местных потерь:
^hw= 1,312-1,15 « 1,5 м.
Отметка шелыги сифонного коллектора в наивысшей точке:
1,5-F (7—1,5)=7 лс.
Количество воздуха, подлежащее удалению:
8,33-110,7
100
0,6=5,53 л!сек.
Таблица 21
Удельные сопротив- ления А для расхо- да в м31сек Потери напора
Длина участка 1 в м Расход о в л!сек Диаметры d в мм при коэффици- енте шерохо- ватости 7] = =0,012 при коэффици- енте шерохо- ватости ц— =0,013
Всасывающая
труба 8 10,5 125 97,2 0,078 0,087
76=1 20 10,5 150 36,7 0,0734 0,082
А'—2 20 21,45 200 7,92 0,073 0,0815
к=з 20 32,85 200 7,92 0,171 0,19
А'=4 20 44,7 250 2,41 0,096 0,107
К—5 20 57 250 2,41 0,156 0,174
20 69,75 300 0,911 0,088 0,098
А=7 20 82,95 300 0,911 0,125 0,14
к=ь 20 96,6 300 . 0,911 0,17 0,19
20 110,7 350 0,401 0,096 0,107
А'=10 Сборный резер- вуар 10 110,7 350 0,401 0,049 0,055 Е 1 ,312
— 221 —
При расчете всасывающего водосбора должны быть уста-
новлены диаметры коллектора и отметка оси насоса.
Превышение оси насоса над динамическим уровнем воды
в наиболее удаленном колодце системы равно паспортной высо-
те всасывания насоса, уменьшенной на сумму потерь напора в
трубах системы.
Так как высота всасывания ограничена, то число колодцев,
объединяемых всасывающим водосбором, и протяжение его огра-
ничены.
. Диаметрьи труб принимают по расчетным расходам, так
чтобы скорости были не более 0,8—1 м/сек.
Потери напора определяются обычными приемами.
Расчет лотков глухих коллекторов. Вода, поступающая в
глухой коллектор из самоизливающих колодцев, самотеком сте-
кает по лоткам к сборному резервуару. Очевидно, что гидрав-
лический расчет таких водоотводных устройств аналогичен рас-
чету лотков горизонтальных галерейных дренажей.
Расчет поглощающих колодцев. Расчет поглощающих колод-
цев состоит в определении расхода, который при данных гидро-
геологических условиях может быть сброшен в тот или иной по-
глощающий водоносный слой.
В зависимости от гидрогеологических условий и типа ко-
лодца различают следующие виды водопоглощающих колодцев:
совершенные, работающие в условиях безнапорного и на-
порного водоносного пласта;
несовершенные, работающие в условиях безнапорного и на-
порного водоносного пласта.
Расход совершенного водопоглощающего колодца, т. е. ко-
лодца, доведенного до водоупора (рис. 126, а), работающего в
условиях безнапорного водоносного пласта, может быть опреде-
лен по формуле Дюпюи
-k (hl — Н2)
Q —----------L, (VIII —13)
In-
Cc
где Q — расход колодца;
k — коэффициент фильтрации поглощающего пласта;
И — его мощность;
Ао — расстояние от водоупора до уровня воды в дренируе-
мом горизонте;
R — радиус действия поглощающего колодца;
гс — радиус колодца.
Расход того же типа колодца при работе его в условиях на-
порного пласта (рис. 126,6) определяется по формуле Дюпюи
2^кт (h0 — Н)
(VIII—14)
in —
где т — мощность напорного поглощающего пласта;
— 222 —
И — его пьезометрический напор.
Для несовершенного водопоглощающего колодца, работаю-
щего в безнапорных условиях (рис. 126,в) его расход может
быть определен по формуле Дюпюи с поправкой на несовершен-
ство по Форхгеймеру
(VIII-15)
где Т—расстояние от дренируемого горизонта до водоупора;
Н — мощность поглощающего пласта;
h0— расстояние от дна колодца до дренируемого горизонта.
Рис. 126. Расчетные схемы водопоглощающих колодцев
— 223 —
Формула (VIII—15) применима при условии H<HQ. При
/7>/7о нужо определить глубину активной зоны Но, а затем
в формулу (VIII—15) вместо Т и И подставить значения То и
Но.
Глубина активной зоны может быть приближенно опреде-
лена по табл. 22.
Таблица 22
s 0,2 0,3 0,5 0,8
Ho 1,3/7, 1,5/7, 1,7/7, 1,85/7,
где Нх—глубина погружения колодца в поглощающий пласт;
S—То—Но.
Расход подобного же типа колодца, но при напорном по-
глощающем пласте (рис. 126,г) может быть определен по фор-
муле Дюпюи с поправкой на несовершенство — по формуле ав-
тора
2лkm (h0 — Hi)
in —
-7
(VIII—16)
1
где I —глубина погружения колодца в поглощающий пласт;
tn — мощность этого пласта;
h —глубина относительного погружения колодца в погло-
I
щающии пласт, равная —;
m
ho — расстояние от дна колодца до дренируемого горизонта;
зонта;
Ну—расстояние от дна колодца до бытовой пьезометриче-
ской высоты поглощающего пласта.
Расход поглощающего колодца, опущенного в напорный во-
доносный пласт большой мощности, при работе колодца дном
(рис. 126,д) может быть определен па формуле Форхгеймера
Q = 4£гс (^ - Я),
(VIII—17
где hi — расстояние от дна колодца до дренируемого гори-
зонта;
Н — расстояние от дна колодца до пьезометрического уров-
ня поглощающего пласта.
Расход поглощающего колодца в трещиноватых породах
можно определять по формуле А. А. Краснопольского:
Q — Tikm
h0-H
1 1 ’
rc R
(VIII —18)
— 224 —
где tn — мощность поглощающего пласта;
ho — расстояние от дна колодца до дренируемого гори-
зонта;
Н — расстояние от дна колодца до пьезометрического
уровня поглощающего пласта.
Приводимые расчеты пригодны при условии, что поглоща-
ющий пласт обладает хорошей естественной дренированностью.
В противном случае, например при сбросе в поглощающие слои
ограниченных размеров, бытовой пьезометрический уровень в
этих слоях может повыситься настолько, что это неблагопри-
ятно скажется на работе заглубленных в него поглощающих
колодцев.
15 Зак. 703
Глава IX
ПРИМЕРЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОСТРОЕННЫХ?
ПОДЗЕМНЫХ ДРЕНАЖЕЙ
1. ПРОМЫШЛЕННЫЕ И ГОРОДСКИЕ ДРЕНАЖИ
Пример эффективности городского однолинейного дренажа L
Однолинейный горизонтальный дренаж был осуществлен в од-
ном из крупных городов в связи с устройством на реке плотины
(рис. 127). В основании геологического разреза прибрежной тер-
ритории города залегают граниты, имеющие неровную поверх-
ность. На них лежит слой каолина мощностью до 8 .и, а где он
отсутствует — непосредственно на гранитах залегает дресва. На
каолин и дресву налегают глины и глауконитовые пески, кото-
рые сменяются аллювиальными мелкозернистыми, часто гли-
нистыми или гравелистыми песками и делювиальными суглин-
ками, с поверхности прикрытыми насыпным грунтом.
Так как водопроницаемость глауконитовых песков и глин
невелика по сравнению с вышележащими аллювиальными пе-
сками, то они при проектировании дренажа рассматривались
как практический водоупор. На участке заложения дренажа
был встречен один водоносный горизонт, приуроченный к чет-
вертичным отложениям; обычно он безнапорный, но местами
там, где встречаются линзьи и прослои водоупорных пород, в
этом горизонте возникает напор.
Общее направление движения подземных вод — к реке;
глубина их заложения до подпора составляла на участках вбли-
зи реки 2—3,5 м, на расстоянии 500—600 м от нее 3,5—-5 .ч, и
еще далее (на четвертой террасе) более 5 м.
После подпора уровень подземных вод должен был под-
няться примерно на 4 м, что привело бы к подтоплению город-
1 По данным И. А. Скобаллановича.
— 226 —
ских подземных сооружений и коммуникаций, расположенных
в прибрежной части города в пределах второй и третьей тер
рас.
Во избежание этого была построена дренажная галерея
несовершенного типа длиной 2 520 м параллельно береговой ли
нии в 150—300 м от нее с уклоном 0,001—0,002 на отметках на
0,6—0,8 м ниже подпорного горизонта воды в реке.
В конструктивном отношении эта галерея была оформлена
в виде подземного коллектора из железобетонных колец овои
дальнего сечения размером 0,8X1,2 м с водоприемными отвер-
стиями диаметром 200 мм и трехслойным фильтром из средне-
зернистого песка, мелкого и крупного щебня. Коллектор был
Рис. 127. Однолинейный горизонтальный дренаж несовсрнь щ« ниц,
осуществленный для защиты городской территории
а — план; б — разрез; 1— насыпной грунт; 2— почвенный слой; S • i <ии • Но
стый; 4 — песок илистый; 5—суглинок; 6 — песок мелкозернистый, 7« и ihiiiim лес-
совидный; 8 — песок мелкозернистый с гравием и обломками крт г И I । рд,
9 — подпертый горизонт подземных вод без дренажа; 10 — у|н>п<*иь п< мнм« под
на 25 сентября 1931 г. (до подпора); 11 — то же, на 1 августа 11*1 ц<и «Лоте
дренажа); 12 — то же, на 3 июля 1951 г.; 13 — то же, на 15 сеш 11 !( Н Ни-
киты; 15—дренаж
15*
— 227 —
уложен над гранитами на 3—3,5 м, чаще в мелкозернистых
песках, обогащенных местами обломками кристаллических по-
род (коэффициент фильтрации их колеблется от 2,7 до
10,7 м/сутки).
Строительство дренажа было закончено в 1934 г., при этом
его укладка велась открытым способом в траншеи шириной око-
ло 2 м на щебенчатой постели толщиной 30 см. Стенки тран-
шеи в процессе производства работ обычно крепились досками;
лишь только на отдельных участках трассы там, где должны
быть вскрыты мелкозернистые водоносные пески, находящиеся
под напором, приходилось забивать шпунты (извлекаемые по-
сле укладки дрены).
На пересечениях трассы с подъездными путями или други-
ми препятствиями прокладка дренажа была сделана с помощью
горизонтального бурения, при этом взамен описанного выше
дренажного коллектора на коротких участках были уложены
металлические трубы диаметром 300 мм.
Наблюдения за уровнем подземных вод, проводившиеся в
течение 20 лет эксплуатации дренажа, показывают, что на уча-
стке между дреной и коренным берегом положение их уровня
зависит в основном от количества атмосферных осадков и ин-
тенсивности снеготаяния, а на участке между дреной и ре-
кой — главным образом от горизонта воды в реке; при этом
уровень воды в самой дрене весьма сильно влияет на положе-
ние подземных вод на обоих участках.
В результате работы дренажа на защищаемой территории
не только не произошло повышения уровня подземных вод, а.
наоборот, отмечается даже некоторое его снижение против бы-
тового положения. В процессе эксплуатации дренажа имеет ме-
сто вынос грунта через отдельные стыки между кольцами кол-
лектора, а также через некоторые водоприемные отверстия.
Однако размер выноса даже в первые годы эксплуатации (ко-
гда он был максимальным) не велик и легко удаляется при
ежегодной прочистке коллектора.
Никаких коррозийных разрушений железобетонных колец
не наблюдается. Опыт 20-летней эксплхатации показал доста-
точно высокую эффективность построенного берегового дре-
нажа.
Пример эффективности промышленного кольцевого дре-
нажа. Кольцевой дренаж также горизонтального типа был со-
оружен для защиты от подтопления при подпоре одного из
промышленных предприятий, расположенных на берегу реки,
при впадении в нее небольшой речки (рис. 128). Территория
предприятия после подпора получила вид полуострова. В осно-
вании разреза залегают коренные глины, которые перекрыты
древнеаллювиальными отложениями, представленными мелко-
зернистыми и среднезернистыми песками (в нижней части со
— 228 —
значительным содержанием гравия и гальки, а в верхней — с
небольшим содержанием супеси и суглинков).
Здесь встречен один аллювиальный водоносный горизонт;
он имеет свободную поверхность и дренируется рекой.
После подпора горизонт воды в реке должен был быть под-
нят на 8 я; при этом часть территории подвергалась угрозе не-
Рис. 128.. Кольцевой горизонтальный дренаж несовершенного типа,
построенный для защиты промышленной площадки
а — план; б — оазрез по I—I; 1 — мелкозернистые пески; 2— глины; 3 — уровень
подземных вод до подпора; 4 — насыпной грунт; 5 — разнозериистые пески; 6 —
мелкозернистые пески; 7 — уровень подземных вод после подпора при работе
дренажа
посредственного затопления, и остальная часть — угрозе под-
топления подземными водами.
Для защиты территории была произведена подсыпка в по-
ниженной ее части, а по периметру промышленной площадки—
устроен кольцевой горизонтальный дренаж несовершенного ти-
па, общая протяженность дренажа 675 м; выполнен он из ке-
рамиковых труб диаметром 300 лш, уложенных в траншею с
уклоном 0,002—0,003 и снабженных двухслойной фильтрующей
обсыпкой (внутренний слой из гравия; наружный — из крупно-
— 229 —
зернистого песка). Вода по дренажным трубам самотеком сте-
кает в резервуар насосной станции и уже оттуда перекачивает-
ся в реку.
Наблюдениями за уровнями подземных вод, производив-
шимися в течение ряда лет, было установлено, что их уровень
внутри кольца находится примерно на отметках дрен, что пол-
ностью обеспечивает защиту расположенных здесь сооружений
промышленного предприятия.
2. ПРОТИВООПОЛЗНЕВЫЕ ДРЕНАЖИ
Пример эффективного применения горизонтального дрена-
жа. Оползневый участок, где был применен такой дренаж, рас-
положен на высоком береговом склоне крупной реки (рис. 129).
Этот склон сложен в основном коренными плотными глинами,
которые в верхней своей части имеют прослои песков, а в ниж-
ней— прослои песчаников, мергелей и сланцев (рис. 129,6).
Общая мощность этих глин, считая от уреза реки, около
90 м. Выше их также залегают коренные породы, но представ-
ленные трещиноватыми глинами и тонкозернистыми глинисты-
ми песками (местами с линзами песчаника).
Мощность верхней толщи коренных пород 7—10 м. Свер-
ху коренные породы прикрыты деллювиальными суглинками,
супесями и насыпным грунтом слоем небольшой мощности.
Рис. 129. Противооползневый дренаж горизонтального типа, осуществлен-
ный для защиты оползневого склона
О —план; 6 —разрез; / — пески глинистые; 2 — дрена; 3 — уровень подземных вод
при работе дренажа; 4 — древнеоползневые массы; 5 — современные оползневые мас-
сы; 6— оползневый поток; 7—глнны песчаные трещиноватые; 8—глины плотные
жирные; 9 — песчаники; 10— мергели и сланцы
— 230 —
В описанных породах содержатся три водоносных гори-
зонта:
первый (верхний) — приурочен к супесям, глинистым пе-
•скам и трещиноватым глинам; его зеркало залегает на глубине
1—2,5 м от поверхности земли, этот водоносный горизонт в те-
чение 15 лет подпитывался техническими водами промышленно-
го предприятия, образовал довольно многочисленные выходы
родников в верхней части склона и сыграл главную роль в фор-
мировании и развитии современных оползней;
второй (средний) — заключен в песчаных прослоях плотных
глин, обладает ничтожным дебитом и не оказывает существен-
ного влияния на развитие оползней;
третий (нижний)—встречен в прослоях трещиноватых пе-
счаников и сланцев, также является маловодообильным и в раз-
витии оползней не принимает участия. Нормальное залегание
пород на описываемом склоне было когда-то нарушено стаби-
лизовавшимися крупными оползнями, которые образовали
здесь большие циркообразные впадины, весьма резко выражен-
ные в современном рельефе (рис. 120,а).
В результате хозяйственно-строительной деятельности че-
ловека на этом участке, осуществлявшейся без соблюдения не-
обходимых мер предосторожности, старые оползни снова акти-
визировались (правда в меньших масштабах).
Они возникали в верхней части старого оползневого цирка,
производили откол его верхней бровки и двигались вниз, тол-
кая массы пород, лежащие впереди.
Эти новые смещения должны быть отнесены к типичным
глетчеровидным оползням — потокам. Ими интенсивно разру-
шалась верхняя часть склона; в нижней же части происходил
лишь транзит смещенного материала с выносом его на бечев-
ник реки.
Основной причиной, вызвавшей здесь оживление оползней,
явились подземные воды первого (верхнего) водоносного гори
зонта, насыщавшего породы, слагающие верхнюю часть склона,
и приводящего тем самым к потере ими устойчивого равпош
сия.
Для борьбы с возобновившимися ОПОЛЗНЯМИ была ЗЗЛОЖ1
на на водоупоре (на плотных глинах) горизонтальная дрена
трубчатого типа, предназначенная для полного перехвата под
земных вод и недопущения их выклинивания на склоне. Обща i
длина ее около 600 м. При глубине от 6 до 9 м она была ip
ложена вдоль верхней бровки склона выше новых очагов p i »•
вития оползней( так называемых «южного» и «северного»)
В первую очередь дреной был защищен «заводской щол-
зень, затем «южный» и, наконец, «северный». Работа ц>< ны
вызвала весьма быстрое образование глубокой денр i oiin ft
воронки в зеркале подземных вод (рис. 130); воронка Хар i i
ризуется большой крутизной и небольшим pacnpoi1ршн пнем
— 231 —
вверх по потоку и резким в начале, а затем постепенным сни
жением уровня подземных вод вниз по потоку (т. е. на защи-
щаемом участке, лежащем между дреной и верхней бровкой
склона).
Как показали наблюдения, подземные воды на этом уча-
стке за 4 года эксплуатации дренажа почти полностью иссякли,
Рис. 130. Развитие депрессионной воронки во времени (жирными линиями
показаны уровни подземных вод на 30 декабря и тонкими на 30 ноября
каждого года наблюдений)
1 насыпной грунт; 2 — песок тонкозернистый, глинистый, переслаивающийся с су-
песями и суглинками; 3 — глины плотные, вверху трещиноватые и песчанистые;
4 — оползень
т. е. были осушены. Это благоприятно сказалось на общей устой-
чивости верхней части склона; по мере развития дрены в длину
оползневая деятельность постепенно затухала, и в конце концов,
верхняя часть защищаемого ею склона полностью стабилизиро-
валась. Этому, несомненно, способствовало также непосредствен-
ное осушение тела оползня, достигнутое заложением в нем по-
перечной прорези.
Длительные наблюдения за движением реперов, проводив-
шиеся с самого начала производства дренажных работ, позво-
лили проследить динамику оползневого процесса в различных
частях склона. Наблюдения также показали, что при работе
— 232 —
дрены оползневые подвижки в верхней части склона полностью
и весьма быстро прекратились; лишь в самой нижней части скло-
на, где можно было еще наблюдать некоторое, также посте-
пенное, затухающее со временем продвижение материала к
реке.
Таким образом, эффективность головной горизонтальной
дрены оказалась весьма высокой.
Пример эффективного применения вертикального дренажа.
Оползневый участок, где был применен вертикальный дренаж,
также приурочен к высокому береговому склону достаточно
крупной реки. Этот склон в основном сложен весьма мощной
Рис. 131. Противооползневый дренаж вертикального типа, nocipoiiiihjii
для защиты оползневого склона
а — разрез; б — план; 1 — забивные фильтры; 2 — сквозные фильтры, 3 нм
ня; 4 — трасса штольнн; 5 — делювиальные суглинки; 6 — болотин озерные ।
линки; 7 —галечники с супесью; 8— мергели; глины трещиноватые с при» шИМИ
песка; 9 — хровень подземных до устройства дренажа; 10 — уровень ннднмк
после устройства вертикальных дрен; 11 — поверхность скольжения оползни <
буровые скважины; С. Ф. — сквозные фильтры; Ш. К. — шахтны клл**лнм
— 233 —
толщей коренных пород (чередование мергелей и глин с про-
слоями песков), на размытой поверхности которых лежат чет-
вертичные отложения (рис. 131). В нижней своей части эти
отложения представлены слоем галечника с супесью, выше —
озерноболотными пылеватыми суглинками и еще выше, до по-
верхности земли, — делювиальными суглинками. Общая их
мощность доходит до 25 м. Породы, слагающие оползневый
склон, в значительной мере обводнены подземными водами, ко-
торые содержатся как в коренных породах (трещиноватые мер-
гели и пески), так и в четвертичных отложениях (галечники и
суглинки). Их обводнение происходит в основном на участке,
прилегающем к склону, где подземные воды коренных пород,
обладающие напором, выклиниваются в четвертичные отложе-
ния.
Оползневые явления на описываемом участке развиты
главным образом в самой верхней части склона — в четвертич-
ных отложениях, при этом смещение последних происходит при-
мерно по линии, совпадающей с поверхностью подземных вод,
приуроченных к четвертичным отложениям.
Для борьбы с оползнями был устроен вертикальный дре-
наж, состоящий из ряда сквозньих и забивных фильтров и
штольни (см. рис. 131); он расположен параллельно верхней
бровке оползневого склона и имеет единый поперечный выпуск
дренируемых вод на склоне.
Штольня заложена в коренных породах на глубине около
30 м ниже поверхности земли и основным своим назначением
имеет отвод воды, собираемой вертикальными дренами (сквоз-
ными и забивными фильтрами).
Сквозные фильтры располагаются на расстоянии 25—50 м
друг от друга и прорезают всю толщу пород, лежащих над
штольней.
Забивные фильтры, заложенные в промежутках между
сквозными фильтрами по всему протяжению штольни, врезаны
в галечниковый слой и способствуют усилению эффективности
дренажной системы.
Относительно хорошо проницаемые галечники являются в
данном случае как бы естественной пластовой дреной для вы-
шележащих, менее водопроницаемых пород.
Порядок осуществления описанной выше дренажной систе-
мы был принят следующий: вначале была полностью пройдена
штольня, а затем уже заложены вертикальные дрены (сквоз-
ные и забивные фильтры). Замеры уровня подземных вод,про-
изведенные при проходке сквозных фильтров, зафиксировали
резкое снижение его сразу же после достижения фильтрами
штольни (это снижение составляло 6—10 м).
Такое действие дренажа исключительно благоприятно ска-
залось на устойчивости верхнего откоса склона, и оползневые
явления на нем полностью прекратились.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамов С. К., Григорьев В. М., Разин К. И., Дренажи
сооружения, Стройиздат. 1941.
2. Абрамов С. К., Типовые конструкции и расчеты дренажных с
оружений, Стройиздат, 1946.
3. Абрамов С. К-, Борьба с подтоплением промышленных плошал (Ж.
Стройиздат, 1948.
4. Абрамов С. К., Гидрогеологические расчеты дренажей на участ
ках, защищаемых от подтопления, Углетехиздат. 1951.
5. Абрамов С. К.. Гидрогеологические расчеты притока воды в кое
лованы и искусственного понижения уровня грунтовых вод, Углетехиздат,
1952.
6. А б р а м о в С. К-, Найфельд Л. Р., С к и р г е л л о О. Б., Дренаж
промышленных площадок и городских территорий, Стройиздат, 1954.
7. Абрамов С. К., Гидрогеологические расчеты вертикальных дре-
нажей при осушении угольных месторождений, Углетехиздат, 1955.
8. Абрамов С. К., Упрощенные методы расчета двухлинейных дре-
нажей при осушении шахтных полей и углеразрезов, Углетехиздат, 1957.
9. А в е р ь я н о в С. Ф., Расчет осушительного действия глубоких дре
нажей.. Научные записки Московского Гидромелиоративного института,
т. XV, 1948.
10. Аверьянов С. Ф., Расчет линейной системы артезианских колод-
цев, Инженерный сборник АН СССР, т. V, вып. 2, 1949.
11. Аверьянов С. Ф., Управление режима грунтовых вод вблизи
гидротехнических сооружений, «Гидротехническое строительство» № 7, 1949.
12. Аверьянов С. Ф., Расчет горизонтального дренажа при борь-
бе с засолонением орошаемых земель, Материалы к техническим условиям и
нормам проектирования оросительных систем, Гипроводхоз, 1958.
13. Ануфриев В. Е., Городские гидротехнические сооружения, Ми-
нистерство Коммунального хозяйства РСФСР, 1957.
14. Аравин В. И., Нумеров С. Н., Фильтрационные расчеты гид-
ротехнических сооружений, Стройиздат. 1955.
15. Аргунов П. П., Расчет водопонизительных установок, Сб. тру-
дов «Строительное водопонижение и гидромеханика грунтовых вод» № 15,
Машстройиздат.
16. Б руд а сто в А. Д., Осушение минеральных и болотных земель,
Сельхозгиз, 1934.
17. Бр уд а ст о в А. Д., Осушение промышленных площадок и аэро-
дромов, Стройиздат, 1936.
18. Веригин Н. Н., Расчет дренажа в зоне подтопления водохрани-
лищ и подпертых бьефов, «Гидротехника и мелиорация» № 4, 1949.
— 235 —
19. Ведерников В. В, Теория фильтрации и ее применение в об-
ласти ирригации и дренажа, Стройиздат, 1939.
20. Г а в р и л к о В М., Абрамов С. К-, Фильтры буровых скважин,.
Стройиздат, 1955.
21. Гири некий Н. К.. Упрощенные формулы притока воды в кот-
лованы различных форм, Сб. № 9, Госгеолиздат, 1947.
22. Г о р б а ч е в П. Ф., Принципы расчета дренажа городов, Стройиз-
дат, 1934.
23. Д р у ж и н и и Н. И., Метод электрогидродинамических аналогий
и его применение при исследовании фильтрации, Госэнергоиздат, 1956.
24. Денисов Н. Я., Строительные свойства лесса и лессовидных су-
глинков, Стройиздат, 1951.
25. Ж У к о в с к и й Н. Е., Теоретические исследования о движении под-
почвенных вод, Избранные сочинения, т. 1, Гостехиздат, 1948.
26. Зам ар ин Е. А., Гидродинамические сетки движения, Научные
записки, МГМИ, вып. 4, 1937.
27. Каменский Г. Н., Основы динамики подземных вод, Госгеол-
издат, 1943.
28. К е р к и с Е. Е., Определение радиуса влияния при расчете водо-
притоков, Углетехиздат, 1955.
29. Коган А. С., Борьба с потерями воды на городских водопроводах,
Издательство Министерства коммунального хозяйства РСФСР, 1948.
30. Костяков А. Н-, Основы мелиораций, Сельхозгиз, 1951.
31. Кнорре М. Е. Абрамов С. К., Рагозин И. С., Оползни
и меры борьбы с ними, Стройиздат, 1951.
32. Козлов В. С., Расчет дренажных сооружений, Стройиздат, 1940.
33. Кус а кин И П., Искусственное понижение грунтовых вод, ОНТИ,
1935.
34. Лей бенз он Л. С., Нефтепромысловая механика, ч. II, Горгеол-
нефтеиздат, 1937.
35. Л е м б к е К. Э., Движение грунтовых вод и теория водосборных со-
оружений, Инженерный журнал Мин. путей сообщения № 17—19, 1887, СПб.
36. М аскет М., Течение жидкостей в пористой среде, Гостоптех-
издат, 1949.
36. МаскетМ., Течение жидкостей в пористой среде, Гостоптехиздат,
1949.
37. Нельсон-Скорняков Ф. Б., Фильтрация в однородной среде,
«Советская наука», 1949.
38 П е р в о в Г. И., Инфильтрация грунтовых вод в канализационную
сеть, Стройиздат, 1948.
39. П а н ю к о в П. Н., Краткий курс инженерной геологии, Углетех-
нздат, 1956.
40. Романов А. В, Приток воды к водозаборам подземных вод и
дренам, Сб «Вопросы фильтрационных расчетов гидротехнических сооруже-
ний», Стройиздат, 1952.
41. С к а б а л л а н о в и ч И. А., Оценка эффективности дренажа за
20-летний период его эксплуатации, «Гидротехническое строительство»
№ 10, 1956.
42. С у р о в И. Е., Казанский М А., Расчет и проектирование дре-
нажа на промышленных площадках, Стройиздат, 1941.
43. Т р о ф и м е н к о в Ю. Г., Расчет несовершенных скважин при без-
напорной фильтрации, «Гидротехническое строительство» № 11, 1956.
44. Тулаев А. Я., Осушение земляного полотна, Дориздат, 1948
45. Форхгеймер Ф., Гидравлика, ОНТИ, 1935.
46. Парный И. А., Основы подземной гидромеханики, Гостоптех-
издат, 1956.
47 Ч а р н ы й И. А., Метод расчета неустановившегося притока грун-
товых вод к скважинам при глубинном водопонижении, Инж. сборник
АН СССР, т. XXIII. 1956
— 236 —
48. Чугаев Р. Р., Приток воды к траншеям и горизонтальным ио 11
сборам, уложенным выше водонепроницаемого слоя, Известия Всес. и чн
иссл. ин-та гидротехники № 22, Госэнергоиздат, 1938.,
49. Шабалин А Ф., Эксплуатация промышленных водопроии iom
Металлургиздат, 1946.
50. Щелкачев В. Н. и Л а пук Б. Б., Подземная гидромеханн
Гостоптехиздат, 1949.
51. Щелкачев В. Н., Упругий режим пластовых напорных сисн’М
Гостоптехиздат, 1948.
ОГЛАВЛ ЕНИЕ
Стр
Предисловие .............................................. 3
Г лава I. Факторы обводнения территорий
1. Предварительные замечания.................................5
2. Естественные факторы подтопления........................ .8
3. Искусственные факторы подтопления........................14
Глава II. Способы предупреждения и борьбы с обводнением территорий
1. Предварительные замечания....................................33
2. Организация и ускорение стока поверхностных вод..............34
3. Обвалование затопляемых территорий.......................... 35
4. Искусственное повышение территорий...........................37
5. Гидроизоляция подземных сооружений.......................... 38
6. Предупреждение и устранение утечек из водных сетей и узлов . 39
7. Организация отвального хозяйства ........................... 40
8. Повышение дренирующего действия водоемов..................... —
9. Специальные способы дренирования грунтов.....................41
Глава III. Классификация и конструкции подземных дренажей
1. Подземный дренаж в промышленном и городском строительстве и
основные требования к нему......................................45
2. Классификация подземных дренажей.............................46
3. Конструкции подземных дренажей и их основные элементы ... 48
Глава IV. Системы подземных дренажей, их трассирование и условия
применения в промышленном и городском сторительстве
1. Однолинейные дренажные системы...............................87
2. Двухлинейные дренажные системы.............................. 91
3. Кольцевые дренажные системы...................................—
4. Площадные дренажные системы..................................95
5. Смешанные дренажные системы.................................100
6. Некоторые особенности противооползневых дренажных систем . . —
7. Трассирование дренажных сооружений в условиях городских терри-
торий и промышленных площадок..................................104
8. Рекомендации по предварительному выбору типа и системы подзем-
ного дренажа...................................................109
Глава V. Гидрогеологические расчеты подземных дренажей
1. Предварительные замечания :...........................• . : 122
Глава VI. Аналитические методы гидрогеологического расчета
горизонтальных дренажей
1. Расчет однолинейного горизонтального дренажа......................128
2. Расчет двухлинейного горизонтального дренажа......................142
3. Расчет кольцевого горизонтального дренажа.........................150
4. Расчет площадного (систематического) горизонтального дренажа . 151
5. Расчет пластового дренажа.........................................153
6. Определение участка выхода воды в горизонтальные дрены . —
7. Примеры гидрогеологических расчетов горизонтальных дренажей . 155
— 238 —
Стр.
Глава VII. Аналитические методы гидрогеологического расчета
вертикальных дренажей
1. Расчет однолинейного вертикального дренажа ...... 163
2. Расчет двухлинейного вертикального дренажа...................171
3. Расчет кольцевого (одноконтурного) вертикального дренажа . . 180
4. Взаимодействие мпогоконтурных групп вертикальных дрен . . . 185
5. Расчет площадного (систематического) вертикального дренажа . . 191
6. Определение величины разрыва уровней воды в вертикальных дренах 192
7. Примеры гидрогеологических расчетов вертикальных дренажей . . 194
Глава VIII. Гидравлические расчеты подземных дренажей
1. Расчеты горизонтальных дрен..................................209
2. Расчеты вертикальных дрен....................................-16
Г лава IX. Примеры эффективности построенных подземных дренажей
1. Промышленные и городские дренажи.............................226
2. Противооползневые дренажи.................................. 230
Литература...................................................; 23->-
Сергей Козьмич Абрамов
ПОДЗЕМНЫЕ ДРЕНАЖИ В ПРОМЫШЛЕННОМ
И ГОРОДСКОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ
* ♦ *
Госстройиздат
Москва. Третьяковский проезд, д. 1
* ♦ ♦
Редактор издательства Г. М. Виноградова
Художник И. Т. Р у т м а н
Технический редактор Н. И. Рудакова
Корректор Г. А. Лебедева
•Сдано в набор 26/V 1960 г. Подписано к печати 9/XI 1960 г.
Т 14024. Бумага 60 V 921/»6 =7,5 бум. л. — 15.0 печ. л
>415.08 уч.-изд. л.). Тираж 4 000 экз. Изд. № V1-4224. Зак. № 703.
Цена 7 р. 50 к С 1.1 1961 г. цена 75 коп.
Типография № 3 Государственного издательства литературы
но строительству, архитектуре и строительным материалам
Москва, Ктибышевский пр., 6/2
ОПЕЧАТКИ
Стра- ница Строка Напечатано Следует читать
Подписи под рис. 57 и рис. 58 поменять местами
83
140
153
170
179
179
Рис. 57 и
рис. 58
16-я 11-я сверху сверху (№ + Л*) L 2r
*' к 2 +2arsh 2г I 5—+
ГЧ-Г?
2-я сверху 16-я сверху (в числителе) 1-я снизу (в числителе) К+ г« Г. J [...)+«!+ а (//1 — Н3) Ti Л?!
2г.
— -к 2arcsin...-------
2 4Г
2а
[••) +
(Н, — /Д) Tk
Зак. 703