Методы защиты от подтопления

Территории относят к подтопляемым, если УГВ на них может временно или постоянно, в зависимости от режима грунтовых вод, оказаться в зоне размещения подземной части зданий или сооружений. Поэтому на участках с грунтовыми водами, залегающими близко от поверхности земли, их уровень следует понижать таким образом, чтобы не нарушать условия произрастания зеленых насаждений и защитить подземные части зданий и сооружений, обеспечить нормальную их эксплуатацию.

Требуемую величину понижения УГВ называют нормой осушения. Назначают ее в зависимости от конструктивных особенностей подземной части зданий и сооружений, проектной поверхности участков зеленых насаждений и деревьев (рис. 5.4). В соответствии с санитарными и техническими требованиями минимальную глубину УГВ от поверхности земли задают не менее 2—3 м на участках, предназначенных под застройку жилыми и общественными зданиями и не менее 1,5 м на участках, занятых зелеными насаждениями. При этом обязательно учитывают высоту капиллярного поднятия воды, которая может повлиять на эксплуатацию защищаемых объектов.

Рис. 5.4. Схема к определению нормы осушения: а — под зданием; б — под дорогами; в — на территориях зеленых насаждений; / — пол подвала Методы защиты территорий и сооружений от подтопления подразделяют на профилактические и радикальные.

Профилактические предупреждают подтопление и сводятся в основном к организации поверхностного стока, правильной эксплуатации водосодержащих подземных коммуникаций, устройству защитной гидроизоляции или профилактических дренажей. На прибрежных территориях защиту от подтопления, в том числе и профилактическую, решают в комплексе с другими мероприятиями инженерной подготовки (см. 6.7). В районах, где территории обводняются не за счет грунтовых вод, а в результате конденсации водяных паров, профилактическим методом защиты может служить создание в основании сооружения вентиляционных каналов, обеспечивающих благоприятные условия для испарения влаги, накапливающейся в порах грунта.

Радикальные методы защиты от подтопления используют на территориях с высоким и постоянным уровнем грунтовых вод или потенциально подтопляемых. В зависимости от характера причин подтопления методы включают устройство сооружений, искусственно понижающих УГВ, или сочетание этих сооружений с профилактическими мероприятиями, описанными выше.

Дренажи являются сооружениями, предназначенными для искусственного понижения УГВ в соответствии с требуемой нормой осушения. По конструктивному решению элементов захвата грунтовых вод дренажи подразделяют на горизонтальные, вертикальные и комбинированные.

Горизонтальные дренажи являются наиболее распространенными в городском строительстве. Они представляют собой открытый или заполненный дренирующим материалом лоток, но чаще перфорированную трубу, снабженную фильтрующим устройством. Трубы заглубляют в водоносный пласт (рис. 5.5, а) ниже уровня грунтовых вод и укладывают с продольным уклоном, обеспечивающим безнапорное движение при неполном заполнении коллектора.

Движение грунтовых вод к дренажу происходит благодаря избыточному давлению (напору) в жидкости, который поддерживается на уровне веды в дренах, пониженный уровень в них обеспечивается бесперебойным сбросом дебита в водоприемник, которым может служить канализационная сеть или же водоем. В отдельных случаях может возникнуть необходимость перекачки дренажных вод в водоприемник, например, при заложении дрен ниже отметки воды в нем.

Рис. 5.5. Схемы притока грунтовых вод:

1 — бытовой уровень грунтовых вод; 2 — кривая депрессии; 3 — линия равного напора.

Рис. 6.6. Схема размещения дренажа в водоносном пласте:

а — дрена совершенного типа; б — несовершенно;

Вертикальный дренаж проектируют в тех случаях, когда при наличии мощного водоносного горизонта требуется большое понижение УГВ, а горизонтальный дренаж нецелесообразно закладывать на большой глубине. Он представляет собой группу трубчатых колодцев, объединенных общими водоотводными и сбросными сетями. Фильтрующую часть этих колодцев значительно заглубляют в водоносный пласт (рис.

5.5, б), обеспечивая поддержание свободного уровня воды в колодцах на большой глубине. Удаление дренажных вод в водоприемник производят принудительной откачкой, так как самотечный режим эксплуатации вертикальных дрен невозможен.

Комбинированный дренаж представляет собой сочетание вертикальных дрен с самотечным горизонтальным коллектором.

Дренажи описываемых конструкций могут иметь различную степень гидродинамического несовершенства, т. е. полностью или частично прорезать дренируемый водоносный пласт. Если основание горизонтального дренажа или забой вертикального доходят до водоупора, то дренажи называют совершенными, если не достигают водоупора — несовершенными (рис. 5.6). В комбинированном дренаже вертикальные элементы обычно работают как совершенные системы, а горизонтальные — как несовершенные.

В зависимости от расположения дренажа относительно защищаемой территории и источника поступления подземных вод различают четыре системы: однолинейную, двухлинейную, контурную и систематическую (табл. 5.3).

Однолинейные дренажные системы представляют собой преграды, перехватывающие грунтовые воды, поступающие на территорию со склона или от водоема. Такую преграду устанавливают перед защищаемой площадью, используя горизонтальные, вертикальные и комбинированные системы дрен. Их прокладывают поперек движения потока грунтовых вод, называя головным присклоновым дренажем (рис. 5.7, а), или трассируют вдоль реки, перехватывая также и фильтрационный поток со стороны этого водоема (схема б) — береговой дренаж.

Двухлинейная система — это комбинация головной и береговой (схема в). Она является защитой от грунтовых вод, поступающих с двух сторон. Однако в практике иногда требуется создать более надежную защиТаблица 5.3

Рис. 5.7. Схемы дренажей:

а — головной; б — береговой; в — двухлинейная систеыа. комбинация берегового и головного дренажа; г —кольцевой; д — систематический: / — защищаемая территория; 2 — трасса дренажа; 3 — направление движения потока грунтовых вод; 4 — уклон по трассе дренажа ту небольших территорий или групп зданий от подтопления, вызванного не только притекающими со стороны грунтовыми водами, но и значительной инфильтрацией атмосферных осадков в пределах застройки. Тогда применяют кольцевую систему, показанную на схеме г.

Систематический дренаж предназначен для защиты от подтопления больших территорий, преимущественно при инфильтрационном питании грунтовых вод. Дрены распределяют по всей площади в виде нескольких ниток, как изображено на рис. 5.7, д.

Когда системы дренажей работают в сочетании с естественными дренами — водоемами, то их называют смешанными.

Условия применения различных систем дренажа даны в табл. 5.3. Однако следует учитывать, что приведенные на рис. 5.7 схемы в конкретных условиях проектирования привязывают к планировочному решению застройки. Систематический дренаж, например, не всегда имеет строго параллельные ветки, так как сеть увязывают с трассой улиц, проездов, размещением зданий. Поэтому при свободных приемах планировки проектирование систематического дренажа по схеме д практически исключается.

Часто в условиях городской застройки прибегают к проектированию не одной, а нескольких систем дренажа в пределах защищаемой территории. Сочетание тех или иных систем предопределяется не только гидрогеологическими условиями и различной нормой осушения отдельных площадок, но и особенностями планировочного решения застройки, которое ограничивает возможность оптимального для водопонижения размещения трассы дренажа.

Трассы дренажей проектируют, учитывая общие требования размещения подземных сетей, обеспечивая условия эффективной работы водопонижающих сооружений. По этим соображениям их размещают вне проезжей части улиц и за пределами отмостки зданий, в местах, где обеспечивается максимальный перехват грунтовых вод дренажами. Так, при питании этих вод атмосферными осадками трассу дрен, понижающих УГВ, прокладывают по возможности в зоне максимальной их инфильтрации. Если же источником питания служат притекающие «сбоку» грунтовые воды, то трассу, прокладываемую нормально к направлению потока, размещают на участках с наиболее высокими отметками кровли водоупора. Для наблюдения за работой дренажей на сети проектируют смотровые колодцы, размещая их на прямых участках трассы с определенным шагом, а также в местах изменения ее направления и соединения отдельных веток дренажа.

Глубину заложения дренажа, расстояние между дренами и требуемое положение УГВ, а также его дебит определяют гидрогеологическим (фильтрационным) расчетом. При этом учитывают, что наименьшее заглубление дренажных коллекторов ограничивают глубиной промерзания грунта, а наибольшее принимают в зависимости от необходимого уровня понижения грунтовых вод и способов производства работ (табл. 5.4).

Проектные уклоны горизонтальных дрен назначают, учитывая гидравлические условия их работы, мощность и падение водоносных пластов. Уклоны совершенного дренажа в значительной мере определяют условия водоносного пласта, а несовершенного — диктуют гидрогеологические особенности и допустимые глубины заложения. Минимальные продольные уклоны при трассировании дренажей ориентировочно принимают: для лотков 0,003…0,005, закрытых со сплошным заполнением 0,01, трубчатых при диаметрах ?^>0,2 м — 0,0015, а при больших диаметрах 0,0005, галерейных дрен 0,001.

Для предотвращения заиливания дрен скорость течения дренажных вод должна быть в открытых лотках не менее 0,2 м/с, а в трубчатых 0,15…0,3 м/с. Максимальные неразмывающие скорости зависят от материала труб или типа крепления открытых дрен и обычно они не превышают 2 м/с, а оптимальные лежат в пределах 0,5…0,7 м/с. При заложении дренажа на водоупоре, имеющем крутой уклон, для уменьшения скоростей течения приходится прибегать к устройству перепадных колодцев или других специальных сооружений.

Заглубление вертикальных трубчатых колодцев, как и горизонтальных, определяют фильтрационным расчетом, задаваясь величиной необходимого УГВ. Рабочую часть дрены в напорных и безнапорных, но однородных по составу пластах размещают с различным заглублением, а при неоднородном пласте — в наиболее проницаемых слоях.

Размеры дрен определяют гидравлическим расчетом в соответствии с его расчетным дебитом. По условиям эксплуатации минимальные диаметры трубчатых дрен ограничивают 0,1…0,15 м. Диаметры колодцев вертикального дренажа зависят от размеров его фильтрующей части, которую рассчитывают с учетом водозахватывающей способности и габаритов оборудования, предназначенного для откачки воды.

Конструкции дренажей выбирают в зависимости от градостроительных и гидрогеологических условий и характеристики уровенного режима водоприемника, используемого для сброса дренажных вод.

Проектируя дренажные системы, разрабатывают альтернативные варианты. Окончательное решение обосновывают технико-экономическим сравнением этих вариантов.

Таблица 5.4

Продолжение табл. 5.4

Продолжение табл. 5.4

Продолжение табл. 5.4

Примечание. Открытые дрены без заполнения (канавы и лотки) в таблицу не включены.