Дренаж

Исходя из опыта нашей компании, работающей в основном с частными объектами Московской области, можно сказать, что среди выполненных проектов, а их более 100, не было ни одного объекта с благоприятными гидрологическими условиями, где можно было бы обойтись без дренажа.

Сезонное или постоянное переувлажнение участка создает неблагоприятные условия для корневой системы растений, что сказывается на их болезненном внешнем виде и непродолжительном сроке жизни. Недостаток воздуха в почве приводит к развитию анаэробных процессов и ухудшению питательного режима растений, а переувлажнение почвы вызывает отмирание корневой системы. Если отказаться от дренажа, то можно забыть о здоровом цветущем плодовом саде, о соснах, о великолепных декоративных деревьях. Есть, конечно, растения, которые нормально существуют в подобных условиях, вы сможете найти их в лесу и за забором, но разве вам эти растения хочется видеть на своем участке?

Зимой водонасыщенный грунт увеличивается в объеме, и, приподнимаясь, ломает все, что лежит на земле, дорожки, отмостки, заборы, подпорные стены. А весной вода затапливает ваш подвал и лужами стоит на газоне, уничтожая его корневую систему.

Причиной переувлажнения корнеобитаемого (активного) слоя земли являются такие гидрологические явления как высокий уровень грунтовых вод и верховодка.

Давайте разберемся в происхождении этих явлений. От чего они зависят, и как с ними бороться.

Поступает вода в почву, в основном, с атмосферными осадками, а также, с поверхностными стоковыми водами, при помощи капиллярного подпитывания от подземных грунтовых вод.

Уходит вода из почвы на испарение, транспирацию растениями, инфильтрацию в нижележащие горизонты.

Влажность активного слоя почвы напрямую зависит от ее способности вертикального водообмена и положения уровня грунтовых вод. В различных по составу почвах вертикальный водообмен работает по-разному, на это влияют такие свойства почвы как, водоудерживающая способность, водоподъёмная способность, и водопроницаемость.

Свойства почвы, влияющие на ее вертикальный водообмен.

Водоудерживающая способность – свойство почвы удерживать воду, обусловленное действием сорбционных и капиллярных сил. Поглощение воды зависит от типа почвы, механического, минералогического, химического состава почвы, а также, от содержания в ней гумуса.
Водоподъёмная способность — свойство почвы поднимать влагу по капиллярным порам из нижних слоев в верхние. Также можно сказать, что чем тяжелее почва по гранулометрическому составу и чем меньше ее структурные частицы, тем больше высота капиллярного подъема воды в ней.
Водопроницаемость – способность почвы пропускать воду. Она зависит от общего объёма пор в почве, их размера, и заметно изменяется на почвах разного гранулометрического состава (песчаные, глинистые).

Уровень грунтовых вод зависит от типа водного питания почвы на конкретном участке, что определяется рельефом местности.

Тип водного питания — это комплекс взаимосвязанных природных факторов, характеризующих рельеф, положение объекта на рельефе, почвы, геологическое строение, гидрогеологические и гидрологические особенности, растительный покров, химический и бактериологический состав воды и другие показатели, влияющие на формирование водного режима.

В гидротехнической мелиорации существуют различные типы водного режима, связанные с рельефом территории. (рис.1)

Формирование водного режима по элементам рельефа — от водораздела до русла реки.

На водоразделе основным источником водного питания являются атмосферные осадки, так как грунтовые воды расположены на большой глубине.
В верхней части склона основным источником водного питания также являются атмосферные осадки.
В средней части склона к атмосферным осадкам добавляются поверхностные склоновые (делювиальные) воды, поступающие с верхней части склона.
В нижней части склона формируется более сложный водный режим, при котором помимо осадков и делювиальных вод могут проявить себя и грунтовые воды при условии их близкого залегания к поверхности.
В пойме формируется наиболее сложный водный режим, при котором участвуют все перечисленные выше источники воды, а также к ним могут прибавляться грунтовые, грунтово-напорные воды с водосбора, фильтрационные воды, воды половодья и паводков рек.

К основным типам водного питания переувлажненных почв относятся:

атмосферный тип водного питания (рис.2);
грунтовый тип водного питания, подразделяемый на три подтипа: приток с водосбора; замкнутый бассейн; приток фильтрационных вод из рек и водохранилищ;
грунтово-напорный тип водного питания (рис.3), подразделяемый на два подтипа: выклинивание напорных вод; капиллярное заболачивание;
намывной тип водного питания (рис.4), подразделяемый на два подтипа: аллювиальный; делювиальный;
смешанный тип водного питания, когда сложно с уверенностью сказать, какой тип водного питания на данном участке явно преобладает.

Рис.2. Атмосферный тип водного питания (по Е.С. Маркову): 1 — водоупор; 2 — слабопроницаемые грунты; 3 — заболоченные земли; 4 — верховое болото

Рис. 3. Грунтово-напорный тип водного питания (по Е.С.Маркову): а — выклинивание напорных вод; б — капиллярное заболачивание; 1 — водоупор; 2 — водоносный пласт; 3 — слабопроницаемый грунт; 4 — пьезометрический уровень напорных вод

Рис. 4. Намывной тип водного питания (по Е.С.Маркову): а — аллювиальный подтип: 1 — водоупор; 2 — аллювиальные отложения; БУ — бытовой уро¬вень в реке; ПУВ — паводковый уровень в реке; 6 — делювиальный подтип: 1 — овраги; 2 — делювиальные воды со склонов; 3 — слабопроницаемые грунты; 4 — осушаемая территория

В табл.1 приведены показатели признаков, определяющих основной тип водного питания, а также методы борьбы с избыточным увлажнением.

Слово дренаж (drainage — англ.) означает осушение. Дренажные системы представляет собой технические приемы и конструкции, позволяют защитить участок от переувлажнения и застоя воды за счет искусственного понижения уровня грунтовых вод, сбора поверхностных стоковых вод, ограждения от поступления делювиальных, грунтовых и грунтово-напорных вод с водосбора.

К основным способам осушения можно отнести следующие:

осушение переувлажненных земель открытыми каналами;
осушение различными видами горизонтального дренажа;
осушение с помощью вертикального дренажа;
осушение откачкой воды из колодцев;
осушение с помощью кольматажа (искусственного повышения земной поверхности).

Горизонтальный дренаж состоит из перфорированных водособирающих труб (дрен), расположенных под землей на определенной глубине горизонтально, с небольшим уклоном для обеспечения движения по ним воды. Дрены соединяются с магистральными каналами, из которых осуществляется сброс собранной воды в водосборные колодцы или сточные канавы (рис. 5). Для обслуживания дренажной сети предусмотрены ревизионные колодцы, через которые можно прочищать систему от заиливания.

По глубине залегания, дренажи подразделяют на поверхностный и глубинный.

Рис.5. Поперечный разрез типичной постоянной дрены горизонтального дренажа: 1 — растительная земля; 2 — засыпка из крупного или среднего песка; 3 — фильтр-сепаратор из геоткани; 4 — объемный фильтр из щебня твердых пород; 5 — гофрированная перфорированная дрена из ПНД; 6 — префильтр дрены из геоткани; 7 — слой щебня донного фильтра; 8 — слой песка донного фильтра

Вертикальный дренаж выполняется в виде вертикальных колодцев или скважин (рис.6)

Основным условием применения вертикального дренажа для дренирования является наличие мощного водопроницаемого пласта, находящегося в гидравлической связи с лежащей выше, осушаемой почвой.

Рис.6. Схема работы дренажных колодцев вертикального дренажа: а — с откачкой воды; б — с поглощением воды в грунт; 1 — водонепроницаемый слой; 2 — осушаемый водопроницаемый слой; 3 — уровень грунтовых вод; 4 — насос; 5 — поглощающий водоносный слой

По принципу действия различают следующие типы дренажей:

систематический (рис.7, а) — равномерно распределенный по осушаемой территории;
выборочный (рис.7, б) — охватывающий отдельные осушаемые конструкции;
отсечной — перехватывающий избыточные подземные воды, поступающие на осушаемую территорию со стороны.

Рис.7. Систематический (а) и выборочный (б) типы дренажей (по Е.С. Маркову): 1 — открытые каналы; 2 — закрытый коллектор; 3 — дрены; 4 — смотровой колодец; 5…7 — горизонтали поверхности земли

Каждому типу и подтипу водного режима соответствует определенный метод осушения.

Рассмотрим наиболее распространенные ситуации для Московской области.

Осушение (дренаж) земель при атмосферном водном питании производится методом сбора поверхностного стока. Закрытая поверхностная дренажная сеть при этом выполняется в виде собирающих дрен, расположенных параллельно или под острым углом к горизонталям поверхности земли (рис.8). Для защиты от потока поверхностной воды с примыкающих территорий находящихся выше по рельефу организуется отсечной дренаж. Собирающие дрены соединяются с магистральными трубами, по которым вода выводится с участка.

Рис.8. Схема дренажной сети при атмосферном типе водного питания; осушение закрытыми собирателями (по Е. С. Маркову): 1 —коллектор; 2 — магистральный канал; 3 —дрены собирающие; 4 —отсечной дренаж; 5 — лес; 6 — ручей

Осушение земель при грунтовом водном питании производится в основном путем понижения уровня грунтовых вод. По сплошности и равномерности потока грунтовые воды можно разделить на сплошные потоки и жильные, характеризующиеся неравномерным распределением потока. Последние чаще встречаются на торфяных и слоистых минеральных почвах.

Согласно современным теоретическим представлениям, грунтовая вода поступает в дрену по всему смоченному периметру, образуя линии тока, перпендикулярные поверхности равного напора (рис.9).

Рис.9. Гидродинамическая схема притока воды к несовершенной (лежащей выше водоупора) дрене: 1 — линии тока; 2 — линии равного напора

Основной причиной движения воды в сторону дрены является разность напоров грунтовых вод в дрене и прилегающей грунтовой области фильтрации. Разность напоров грунтовых вод создается в результате различного сопротивления движению воды в дрене (малое сопротивление) и грунте (во много раз больше). Возникающий при этом градиент напора (гидравлический уклон) и является энергетической причиной движения грунтового потока к дрене. В соответствии с этим проектируется дрена горизонтального дренажа (рис.5).

Осушение земель при грунтово-напорном водном питании, тоже, производится в основном путем понижения уровня грунтовых вод (рис.10).

Рис. 10. Схема осушительной сети при грунтово-напорном типе питания: а — перехват и понижение напорных вод ловчим каналом (дреной) и глубокими дренами; б — перехват и понижение напорных вод отсечным дренажем и глубокими дренами, а также ускорение отвода поверхностных вод закрытыми собирателями; 1 — водоупор; 2 — водоносный пласт; 3 — магистральный канал (река); 4 — слабопроницаемый грунт; 5 — пьезометрический уровень до осушения; 6 — пьезометрический уровень после осушения; 7 — глубокая дрена; 8 —отсечной дренаж; 9 — закрытые собиратели

Исходя из практики нашей компании, чаще всего, на тяжелых не проницаемых почвах Московской области задача дренажа заключается в быстром сборе избыточных поверхностных вод и в осушении активного слоя почвы от верховодки.

Кому можно доверить проект осушения участка?

Проектированием дренажных систем занимается инженер-гидролог (в нашей компании), опытный специалист, владеющий знаниями в области гидромелиорации и геодезии. Перед проектированием специалист обязательно выезжает на объект для изучения ситуации на рельефе местности, проводит шурфование пластов грунта, определяет тип водного питания.

По результатам оценки исходных данных, на основании полученного технического задания и в соответствии с нормативными документами (ГОСТ Р 21.101-2020, СП 104.13330.2016, СП 100.13330.2016), специалист выполняет проект осушения участка.

Очень важно не только правильно рассчитать проект осушения участка, но и качественно провести работы, в соответствии с проектом и нормативными документами ГОСТ и СНиП. Дренажные работы относятся к скрытым работам, таким, которые требуют постоянного контроля качества всех строительных операций. В момент сдачи готового дренажа, когда он под землей, объективно проверить качество выполненной работы не возможно.

Основные точки контроля дренажных работ:

проверка соответствия плановой и высотной разбивки проекту;
входной контроль фильтрующих и сыпучих материалов (соответствие проекту и отсутствие загрязняющих примесей). Очень важный контроль! Грязные, щебень и песок способны быстро забить дренажный фильтр и значительно снизить фильтрационную способность дренажа;
соблюдение последовательности и технологии монтажа;
соблюдение проектных уклонов;
герметичность соединения дренажной системы.

На какой стадии строительства следует задуматься о дренаже?

О дренаже участка, как и о ландшафтном проекте, следует позаботиться до начала строительства. Это позволит максимально эффективно защитить участок, фундамент, и растения от пагубного воздействия воды.