Водосборные коллекторы

Конструкция водосборных коллекторов

По конструкции водосборные коллекторы можно подразделить по признакам: доступность с дневной поверхности земли и прием грунтовых вод.

По доступности с дневной поверхности разделяют на открытые и закрытые коллекторы.

Открытые коллекторы – открытые каналы, как правило, трапециидальной формы. Ширина каналов по дну во многом определяется технологией строительства и обычно равняется 0,2-0,4м. Глубина каналов 1,5–3(5)м; минимальный уклон 0,0005; длина до 1-2км; заложение откосов – в зависимости от их глубины и характера вскрываемых грунтов.

Глубина воды в канале, в общем случае, определяется гидравлическим расчетом, но при небольшой водосборной площади (менее 1га) глубина будет незначительна и может не рассчитываться.

Скорость движения воды в открытом коллекторе определяется гидравлическим расчетом. Она должны быть больше скорости, при которой происходит заиление канала, но меньше скорости, при которой происходит размыв канала.

Если скорость движения воды в открытом коллекторе велика и может вызвать размыв, то дно и откосы необходимо укрепить. Способы крепления зависят от величины скорости воды и от свойств грунтов, слагающих дно и откосы.

Самым простым способом крепления является засев трав по слою растительного грунта. В более сложных случаях (значительные уклоны канала, пылеватые пески) выполняется крепление нижней части канала щебнем или булыжным камнем

В еще более сложных ситуациях (большие расходы воды, большие уклоны канала) используются железобетонные плиты и лотки.

В последнем случае русло канала становится комбинированным: нижняя часть – прямоугольное железобетонное русло, верхняя часть – трапецеидальное земляное русло. При этом уменьшается площадь, занятая каналом, и увеличивается полезная площадь участка.
В местах пересечения открытых коллекторов с дорогами и проездами необходимо устройство сопрягающих сооружений – «труб-переездов».

Открытые коллекторы используются на внегородских территориях. Они редко применяются в условиях промышленной и городской застройки, так как имеют ряд существенных недостатков – уменьшение полезной площади, устройство большого количества переходов через каналы. При значительной глубине понижения грунтовых вод (3-4м и более) и увеличении глубины заложения дрен значимость указанных недостатков резко возрастает, а использование открытых коллекторов становится нецелесообразным.

Целесообразно использование открытых коллекторов при предварительном осушении территорий, с последующим переустройством каналов в закрытые коллекторы.

Закрытые коллекторы – подземные трубопроводы из пластмассовых или асбестоцементных, реже железобетонных труб. Глубина заложения закрытых коллекторов должна обеспечивать прием вод из закрытых дрен. Диаметр труб коллекторов при большой водосборной площади и малых уклонах коллектора определяется расчетом, при небольших площадях диаметр принимается конструктивно 0,1-0,15м. На закрытых коллекторах необходима установка сопрягающих сооружений колодцев и устьев.

Конструкции закрытых коллекторов можно разделить на две группы: имеющие и не имеющие водоприемной способности.

Конструкция закрытого коллектора из неперфорированных труб не может принимать грунтовые воды из прилегающей зоны грунта, то есть не имеет водоприемной способности и не влияет на уровень грунтовых вод на прилегающей территории.

Открытые конструкции коллекторов и закрытые коллекторы из перфорированных труб имеют возможность принимать грунтовые воды из прилегающей зоны грунта. Такие конструкции понижают уровень грунтовых вод на прилегающей территории на расстоянии 5-20м от оси коллектора.

Конструкция коллектора из перфорированных труб аналогична конструкции закрытых дрен. Конструкция коллекторов из неперфорированных труб аналогична конструкции коллекторов ливневой канализации.

Защита закрытых коллекторов от заиления

Как уже было указано ранее, вместе с грунтовыми водами через перфорацию в полость дренажной трубы поступают мелкие частицы грунта. Результаты этого процесса негативны – происходит заиление труб (отложение частиц грунта в полости дренажной трубы) вплоть до полной потери работоспособности.

Минимизация последствий негативного и неизбежного процесса заиления дренажных систем достигается следующими методами:

• ограничение поступления частиц грунта в полость дренажных труб;
• минимизация отложения частиц грунта в дренажных трубах;
• очистка труб дрен и коллекторов.

Первые два метода реализуются на стадии проектирования и строительства; третий – на стадии эксплуатации.

Минимизация отложения частиц грунта в трубах дрен и коллекторов. Использование фильтров сокращает поступление частиц грунта в полость дрены, но не исключает его полностью. Для того чтобы поступающие частицы не откладывались в полости трубы, необходимо обеспечение таких скоростей потока воды в трубе, при которых частицы грунта перемещаются по трубе вместе с водой. Обеспечение таких скоростей потока воды достигается путем придания дренам продольных уклонов. Увеличение продольного уклона дрен обеспечивает транспорт частиц грунта по трубе. Больший продольный уклон обеспечивает большие скорости потока воды в трубе, а, значит, меньшую вероятность заиления труб.
Минимально допустимое значение продольного уклона трубчатых дрен равняется 0,003 в песчаных грунтах; в суглинистых грунтах – 0,002.

Также существует мнение, что при уменьшения уклона менее 0,003 необходимо увеличение диаметра труб:

• при уклонах до 0,002 – 200мм;
• при уклонах до 0,0015 – 300мм.

Количество частиц грунта в дренажной трубе увеличивается по длине от начальных участков к конечным участкам, что повышает возможность выпадения частиц грунта в трубе в виде осадка. Для предотвращения этого по длине трубы должно производиться «осветление» дренажных вод.

Это реализуется установкой дренажных колодцев с отстойной частью (отстойником). Отстойной частью называют нижнюю часть колодца, расположенную между дном и лотком отводящей трубы. Высота отстойника на дренажных системах в промышленно-гражданском строительстве составляет 0,5-0,7м; при осушении сельскохозяйственных угодий 0,3-0,5м.

Дренажные воды с частицами грунта по подводящим трубам попадают в отстойник. В отстойнике скорости движения воды практически равняются нулю. Как следствие этого происходит выпадения частиц грунта в осадок на дно отстойника. При этом в отводящую трубу происходит поступление «осветленного» дренажного стока с минимальным количеством частиц грунта.

Установка дренажных колодцев с отстойниками производится при изменении продольного уклона труб дрен и коллекторов от большего к меньшему, а также на участках без изменения продольного уклона:

в промышленно-гражданском строительстве:
через 50м при диаметрах труб менее 300мм;
через 100м при диаметрах труб более 300мм;
при осушении сельскохозяйственных угодий – до 500м.

Очистка дренажных труб от заиления производиться путем промывки или механической прочистки. Способ промывки заключается в создании в полости дрены потока воды с повышенными скоростями путем интенсивной подачи воды в начало трубы коллектора или дрены. Прочистка дрен может быть реализована с помощью специального оборудования.

Защита дренажных систем от заохривания

В грунтовых водах может присутствовать закисное железо в растворенном виде. При контакте таких вод с кислородом воздуха происходит доокисление железа с образованием осадка. Интенсивность этого процесса увеличивается летом при высоких температурах. В естественных условиях наличие данного процесса проявляется в образовании осадка ржавого цвета на дне и радужной пленки на поверхности воды в родниках, верховьях канав и ручьев.

При содержании в подземных водах осушаемой территории закисного железа менее 3мг/л мероприятия по защите от заохривания не проводятся [3].

При эксплуатации осушительных систем построенных на территориях, где в грунтовых водах закисное железо содержится в повышенных концентрациях, возможно проявление негативных последствий этого процесса: осадок осаждается внутри дренажных и устьевых труб, смотровых колодцев. Этот процесс называется заохривание, в результате этого уменьшается пропускная способность труб, вплоть до полного прекращения стока. Наиболее подвержены заохриванию элементы, где в наибольшей степени происходит контакт дренажных вод с кислородом воздуха – устьевые трубы и дренажные колодцы.

При концентрациях 3–8 мг/л в конструкцию дренажной системы вносятся изменения по сравнению со «средними» условиями. Изменения конструкции закрытой осушительной системы:

• увеличение уклонов дрен и коллекторов до 0,006 – увеличение транспортирующей способности потока дренажных вод;
• увеличение диаметров дрен и коллекторов до 0,15м – увеличение резерва пропускной способности;
• увеличение диаметра и уклона устьевых труб до 0,01, увеличение объема отстойной части дренажных колодцев – повышение устойчивости к заохриванию наиболее критичных элементов дренажных систем;
• устройство колодцев потайного типа, заглубление выходного сечения устьевой трубы под уровень воды в канале – ограничение доступа воздуха в закрытую сеть;
• внесение извести или подобных материалов-ингибиторов в дренажные траншеи с целью закрепление железа в засыпке дренажной траншеи.

При концентрациях 8–14 мг/л при разработке конструкции дренажной системы следует выполнить приоритет сети открытых каналов:

• устройство открытых оградительных каналов для перехвата грунтовых вод с большим содержанием железа, поступающих с прилегающих водосборов; предварительное осушение открытой осушительной сетью с последующим переустройством открытой сети в закрытую сеть;
• комбинация закрытой осушительной сети с открытой проводящей сетью.

При концентрациях железа в грунтовых водах выше 14мг/л отказ от осушения закрытой сетью – использование открытой сети, с возможной последующей реконструкцией в закрытую сеть.

Данный материал является главой из книги Константина Криулина "Дренажные системы в коттеджном и ландшафтном строительстве". Книгу вы можете приобрести у нас в офисе.
Константин Криулин является ведущим преподавателем факультатива «Дренажи в ландшафтном строительстве». Посмотреть его страницу на нашем сайте вы можете здесь