Дренаж и водоотведение в гражданском строительстве.

Предупредительные мероприятия для устранения или уменьшения подтоплений территорий

Предупредительные мероприятия необходимо проводить во всех случаях застройки и при других формах градостроительного освоения территорий. В отдельных случаях проведение только предупредительных мероприятий может быть достаточным для исключения подтопления. В результате их применения можно существенно уменьшить инфильтрационное питание грунтовых вод, приток воды на территорию со стороны и таким образом устранить или уменьшить подтопление.

Мероприятия по предупреждению подтопления входят в состав инженерной подготовки территорий и включают:

• предотвращение поступления на территорию поверхностных вод со стороны, т. е. затопления;

• усиление дренирующего действия расположенных вблизи водоемов;

• организацию стока талых и дождевых вод с самой территории для уменьшения их инфильтрации в грунт;

• устранение утечек из водопроводно-канализационной сети и других водных коммуникаций, а также потерь воды от технологических циклов промышленных предприятий.

Предотвращение поступления на территорию поверхностных вод. Это мероприятие осуществляется устройством дамб обвалования, преграждающих путь потоку поверхностных вод из рек и других водоемов во время паводков, или искусственным повышением территорий подсыпкой или намывом грунта. Для этой цели обязательным условием является подсыпка территорий хорошо проницаемыми грунтами - песками с достаточно высоким коэффициентом фильтрации (не менее 5 м/сут). Но и в этом случае нужно оценивать возможность обводнения подсыпанных территорий и, если необходимо, устраивать дренаж в основании подсыпанных участков.

В основании дамб, в их низовом откосе, для снятия напора и предупреждения фильтрационных деформаций, в том случае если дамба возведена на слабопроницаемом основании, устраивают придамбовый дренаж. В других случаях для устранения подпора грунтовых вод на защищаемой территории требуется устройство берегового дренажа или противофильтрационных завес.

Дренаж как профилактическая мера должен устраиваться также и при вертикальной планировке территорий, если предусмотрена при ее выполнении засыпка глубоких понижений, оврагов, мелких водотоков. В этом случае по тальвегам оврагов и ручьев, которые до производства работ по вертикальной планировке служили естественными дренами, нужно прокладывать дренажные трубы, оборудовать их фильтрами, устраивать оголовки водосбросов, т. е. осуществлять дренаж, и только после этого засыпать грунтом эти элементы рельефа.

Усиление дренирующего действия водоемов. Во многих случаях достаточно эффективным предупредительным мероприятием может быть усиление дренирующего действия водоемов и водотоков. Для этого водотоки регулируют спрямлением их русел, расчисткой и углублением, разгрузкой, перехватом расхода притоков, устройством водохранилища выше защищаемой территории.

Дождевая канализация

Важнейшим предупредительным мероприятием по борьбе с подтоплением является вертикальная планировка с организацией стока дождевых и талых вод (дождевая канализация). Вертикальная планировка городских территорий осуществляется таким образом, чтобы способствовать ускорению стока поверхностных вод в систему дождевой канализации и отвода их в водоприемник. Для ограждения территории от стороннего притока поверхностных вод устраиваются нагорные канавы, перехватывающие его.

При необходимости для конкретной территории при рационально построенной системе отвода поверхностных вод исключается инфильтрация дождевых и талых вод в грунт, что препятствует развитию процесса подтопления. Для построения такой системы необходимо придавать поверхности территории уклоны, способствующие наиболее полному отводу воды в системы дождевой канализации.

Покрытие территории асфальтом (на площадях, дорогах, тротуарах) позволяет применять большие уклоны поверхности (4-6%), а закрепление их посевом трав и посадкой кустарников допускает еще большие уклоны. Вместе с тем уменьшение уклонов поверхности, препятствуя свободному стоку поверхностных вод в лотки и дождеприемники, увеличивает инфильтрацию воды в грунт и его увлажнение, а иногда способствует и образованию верховодки.

Следует иметь в виду, что даже при совершенной вертикальной планировке и системе отвода поверхностных вод не все выпавшие осадки стекают поверхности территории: часть их испаряется или поступает в грунт в результате инфильтрации. На полосах вдоль контуров зданий и дорог, где происходит трансформация поверхностного стока в подземный в результате инфильтрации, необходимо устраивать кюветы - открытые канавы, принимающие сток и отводящие воду в водосточные колодцы. Непосредственно у зданий устраиваются отмостки из асфальта, уложенного на щебеночное основание, пропитанное горячим битумом. Отмостка должна иметь уклон от здания не менее чем 2%.

Городская водосточная сеть состоит из системы водоотводов разного порядка. Во многих городах имеются водосточные сети, собирающие все сточные воды: дождевые, бытовые, производственные; это - так называемая общесплавная система водоотвода. Эти сети, хотя и удобны для эксплуатации, требуют более сложной системы очистки стоков, а также увеличения размеров водосточных труб и поэтому не всегда рациональны.

Раздельные водосточные системы, предназначенные для отвода только дождевых вод, более просты в эксплуатации и главное дают возможность сооружать их очередями на отдельных участках застройки.

Водосточная сеть состоит из лотков, прокладываемых вдоль улиц, тротуаров, во дворах и отводящих воду к дождеприемным колодцам, располагаемых в пониженных местах, не имеющих свободного стока. Из колодцев через трубы вода поступает в водостоки и далее в главные водосточные коллекторы.

Если водостоки располагаются ниже уровня грунтовых вод (современного или прогнозируемого), то водосточную сеть нужно выполнять в виде дренажной системы, способной применять одновременно поверхностные и грунтовые воды. Для этой цели применяются совмещенные водостоки и дренажи или ливнедренажные коллекторы.

Хозяйственное использование дождевой воды

Экономические аспекты водного вопроса. Дождевые воды в большинстве застроенных районов сегодня больше не попадают естественным путем в круговорот воды. Это может привести к долгосрочным изменениям земельного и водного хозяйства - например, к уменьшению новых образований грунтовых вод.

К тому же безвредное устранение поверхностных стоков требует значительных технических и финансовых затрат при планировании и строительстве канализационных сетей и очистных сооружений.

Однако, несмотря на все эти мероприятия, не удается избежать попадания отдельных пиковых стоков в водные потоки и водоемы. Как следствие, все чаще случаются наводнения, и повышается загрязнение водоемов.

Поэтому необходимо стремиться - с учетом местных действительных условий - к инфильтрации или к сокращению стоков.

Возвращение дождевой воды в естественный круговорот, как можно ближе к месту возникновения, является тем самым технической, хозяйственной, экологической и экономически рациональной целью.

Инфильтрация или удержание и отведение дождевой воды с задержкой по времени - это рациональная возможность преобразовать обычную общесплавную и раздельную канализацию в модифицированные сети со значительно меньшим поперечным разрезом трубы и сокращенным потенциалом нагрузки для очистных сооружений и водных потоков.

В имеющихся в наличии канализационных сетях благодаря разъединению канализуемых территорий или посредством инфильтрации можно избежать в сети недостаточных зазоров и тем самым увеличить гарантию от затоплений.

Охрана земли и воды

В естественном круговороте воды инфильтрационное пространство выполняет, в общем и целом эффективную и долговременную защитную функцию по отношению к находящимся под ним грунтовым водам.

Эта защита действует благодаря разнообразным физическим, химическим и биологическим задерживающим и преобразовательным процессам; причем существенное влияние оказывают транспортные процессы, а также данные гидрогеологические условия.

Для покрытия водоносного слоя (для глубины грунтовых вод) большую роль играют фильтрация, абсорбция (поглощение), ионообмен, осаждение и биологическое разложение. Внутри водоносного слоя на передний план выдвигаются растворение и разжижение.

Во время просачивания (инфильтрации) на поверхности земли осаждаются в качестве отложений преимущественно отдельные частицы веществ и на них сорбированные субстанции. Часть веществ заносится в верхний слой земли, а растворенные вещества частично переносятся в грунтовые воды. Эти «недостатки» следует взвесить по сравнению с преимуществами просачивания атмосферных осадков. Все же при инфильтрации, выполненной квалифицированно и по всем правилам, преобладают преимущества, так как «недостатки» можно ограничить до допустимых размеров путем технических мероприятий.

Инфильтровать - возвращать дождевые воды природе

Всюду, где скапливаются дождевые воды, следовало бы проводить инфильтрацию и тем самым снова питать водное хозяйство.

Потому что дождевые и поверхностные воды не являются сточными водами. Их введения в канализацию следовало бы по возможности избегать.

Децентрализованная инфильтрация типа «мульда - дрена», «труба - дрена» и «наполнитель - дрена» возвращает воду тому, кому она принадлежит - природе.

При инфильтрации типа «мульда - дрена» очень хорошо используется защитный потенциал земли; это приводит к очень высокому результату очистки принесенных веществ.

При инфильтрации типа «труба - дрена» дождевые воды отводятся в подпочву посредством перекрытых траншей для укладки трубопровода, при этом нет надобности в поверхности/открытой (незастроенной) площади.

Благодаря применению инфильтрации типа «наполнитель - дрена» можно значительно увеличить накопительное пространство. Таким образом, даже в трудных пространственных условиях можно разместить высокопроизводительные дрены осушительной сети.

Задержание вместо затопления

В условиях, когда подпочва является неблагоприятной для просачивания, следует стремиться к задержанию дождевой воды и замедленному, задержанному по времени стоку.

Тем самым можно избежать или ослабить толчкообразные нагрузки канализационных сетей, очистных сооружений и водоемов.

Для этого подходят системы с дроссельным стоком, например, для дорог в районах освоения - система «мульда - дрена». Основной структурный элемент сооружения типа «мульда - дрена» состоит из покрытой зеленью инфильтрационной мульды (впадины) и находящейся под ней гравийной дрены с распределительной транспортной трубой.

Дождевая вода сначала задерживается в мульде, накапливается, фильтруется подготовленным растительным слоем земли, прежде чем попадет в дрену.

Там она равномерно распределяется в пустом пространстве гравия или наполнителя и потом под контролем отводится дальше по дренажной трубе и через дроссельные шахты.

Если нужно избежать просачивания или предотвратить нежелательный отвод грунтовых или слоистых вод (например, если почва заражена радиоактивными веществами), есть возможность гидроизолировать задерживающую дрену пленкой.

Задерживающая дрена представляет собой выгодную по затратам альтернативу по сравнению с обычными задерживающими сооружениями, такими как каналы водохранилищ или подземные бетонные емкости.

Факторы влияния

Определение размеров инфильтрационного сооружения зависит от многочисленных факторов: проницаемость грунта, диаметр трубы, поперечный разрез дрены, пористость гравийного наполнения и количество скапливающейся воды.

При поверхностных водах сток получается из модуля дождевых осадков, частоты повтора и размера примыкающих ограниченных площадей.

Инфильтрация типа «труба - дрена». При инфильтрации с помощью труб, по сравнению с часто применяемой точечной инфильтрации посредством шахт, лучше используется защитный потенциал земли. Распределение воды на плоскости приводит к лучшему результату очистки в случае принесенных мелких частиц. Поэтому рекомендуется отдать предпочтение инфильтрации с помощью труб по сравнению с инфильтрацией посредством шахт.

Под децентрализованной инфильтрацией следует понимать целенаправленную инфильтрацию непосредственно на земельном участке. Вода с поверхности крыши и террасы характеризуется как незагрязненная вредными веществами.

В случае стоков с дорог и стоянок для автомобилей перед сбросом в грунтовые воды нужно производить предварительную очистку.

Монтаж

Для инфильтрации с помощью труб требуется номинальный внутренний диаметр 300 мм. Он хорошо зарекомендовал себя на практике.

Поскольку при определении размеров учитывается накопление, то таким образом получают больший объем. Пористость окружающей гравийной набивки (дрены) также подставляется в расчеты.

Инфильтрационные трубы следует устанавливать в устойчивом для фильтрации варианте. Для трубы достаточно со всех сторон гравийного покрытия слоем 15 см. В качестве гравийного материала для дрены мы рекомендуем промытый гравий с зернистостью 8/16; 16/32; 8/32 мм в сочетании с дренажным холстом. Учитываемый объем пустого пространства гравия состав-ляет 30...35%. Для надежности следует рассчитывать на 30%.

Дрену следует выполнять в морозоустойчивом варианте. В случае дорожно-транспортных нагрузок следует добиваться, чтобы величина перекрывающего слоя над шелыгой (верхом) трубы составляла минимум 0,5 м. Расстояние от подвала здания до бокового края дрены должно быть в 1,5 раза больше, чем высота от дна котлована до верхней кромки земли, если в подвале нет гидроизоляции от напорной воды.

Если грунт не подходит для полной инфильтрации, то тогда необходимо создать возможность отвода воды в естественной или искусственной формеЕсли нужна инфильтрация осадков на больших площадях, тогда дрены, выполненные в плоскостном варианте, так называемые дренажные поля, являются более экономичными, чем тонкие отдельные дрены.

Максимальное расстояние между осями труб не должно превышать 1,5 м.

Для наиболее равномерного распределения воды инфильтрационные трубы, так же как и гравийная набивка, должны быть установлены без наклона; инфильтрационные трубы на дренажных полях должны быть соединены между собой.

Инфильтрационные сооружения нужно контролировать, а при необходимости промывать не реже одного раза в полгода. К тому же следует промыть или заменить уловитель грязи и грязеуловитель (мешок) фильтра.

Преимущества

Системы мульда - дрена можно применять независимо от вида грунта. В зависимости от инфильтрационной характеристики грунта, в системе мульда - дрена преобладает инфильтрация или задержание с сильно дросселированным спуском с задержкой по времени в канал или естественный водоприемник.

Тем самым система особенно подходит для районов, в которых преобладает связный или сильно связный грунт, который имеет неблагоприятное значение коэффициента проницаемости.

Растительный слой земли в мульде способствует высокому эффекту очистки. Поэтому системы мульда - дрена можно использовать также в случае более сильно загрязненных поверхностных вод, как, например, на дорогах с интенсивным движением, в промышленных и ремесленных зонах.

Дегтярев Б. М. Дренаж в промышленном и гражданском строительстве. М.: Стройиздат, 1990