Дренаж (виды, проектирование, расчет)

Дренаж (виды, проектирование, расчет)

ДРЕНАЖ, способ осушения болот и переувлажненных земель с помощью подземных каналов. Если под слоем земли, в котором обычно распространены корни растений, или под грунтом, где закладывается фундамент, залегают породы, плохо пропускающие воду (глины, твердые породы и т. п.), то дождевая вода задерживается на поверхности земли, и почва чрезмерно пропитывается водой. Чтобы освободить такую переувлажненную почву от излишков воды, роют осушительные канавы или устраивают подземный отвод воды, укладывая по дну вырытых канав водопропускающий материал или трубы и засыпая их сверху землей. Последний способ осушки обычно применяют там, где по техническим соображениям нецелесообразно проводить открытые канавы, например, в черте городов или там, где осушение заболоченных и заболачивающихся сельскохозяйственных угодий имеет целью последующую их обработку. Система подземных канав для осушения таких территорий и носит название дренажа. Для устройства дренирующего слоя применяют различные материалы: торф, камень, дерево и трубы.

Виды дренажа. Дренаж из земли и торфа (ступенчатый) изображен на фиг. 1. Канаву отрывают шириной: по верху 0,7—1,0, а по низу 0,5 м; глубина рва - не менее глубины промерзания. Дно рва на одну треть его ширины углубляют на 0,20 м. Эту канавку по дну рва перекрывают дерном или лещадным камнем, а затем все засыпают землей в уровень с поверхностью дренируемой площади. Образовавшаяся пустота служит пространством для отвода воды. Применение ступенчатого дренажа ограничивается главным образом, торфяными почвами; в минеральных почвах ступенчатый земляной дренаж закладывается редко и только в случаях временного отвода воды (при голландском способе разработки болот).

Более рациональный прием дренирования заключается в том, что по дну канавы укладывают торфяные кирпичи так, чтобы между ними оставалось пространство для отвода воды и притока воздуха (фиг. 2).

Дренаж из земли и торфа (ступенчатый), кирпичи для дренажа

Размер торфяных кирпичей соответствует размерам строительного кирпича. В Германии иногда применяются кирпичи особой формы (фиг. 3), которая способствует более равномерному поступанию воды в образующееся между кирпичами пространство и, следовательно, уменьшает размывание. Для выделки таких кирпичей пользуются особой лопатой - резаком (фиг. 4). Торфяной дренаж не долговечен, а потому маловыгоден.

Лопата - резак

Дренаж из лесных материалов. Если местность покрыта кустарником, то по дну дренажного рва (шириной по низу 0,35—0,40 м) набрасывают свежесрубленный хворост и покрывают его сверху слоем дерна, обращенного травой вниз. Хворост укладывается по длине и высоте с одинаковой плотностью комлями вверх по течению. Хворостяной дренаж с течением времени начинает действовать медленнее вследствие уменьшения площади сечения пустот. Чтобы сделать его более надежным, а главное, чтобы увеличить его пропускную способность, хворост кладут не на дно дренажного рва, а на деревянные крестовины, расставленные по длине рва через 0,5—0,6 м. Крестовины состоят из деревянных кольев толщиной 6—10 см. Верхняя развилина козел заполняется до обреза хворостом и прикрывается сверху слоем дерна. Более надежный результат, особенно в иловатых грунтах, дает дренаж из хвороста, связанного в фашины, т. е. пучки, перевязанные через 30—40 см вицами (жгутами). Длина фашин 4—6 м; число и диаметр их находятся в зависимости от количества отводимой воды; дренаж может состоять из одной фашины диаметром 25—30 см или из трех фашин диаметром 15—20 см каждая. При хворостяном и фашинном дренаже необходимо брать свежесрубленный, длинный хворост, без листьев. Фашинный дренаж перекрывается сверху дерном, мхом, вереском и т. п.

Дренаж из хвороста и фашин применяют на старых канавах. Если местность лесистая и имеется в наличии дешевый лесной материал, целесообразнее и проще хворост и фашины заменять жердями или пилеными материалами. Простейшим типом является дренаж из ровных и длинных жердей толщиной 7—10 см, уложенных рядами, отделенными друг от друга поперечными перекладинами через каждые 0,6—0,7 м. Укладка жердей проще, и сток через образуемые ими пустоты надежнее. Для увеличения пустот жерди кладут не на поперечины, а на козлы. Козлы расставляют через 0,75—1,0 м. Крестовины делают из круглых жердей длиной 50—70 см, причем верх жердей перекрывается дерном или досками. Жерди заполняют дренажный ров на высоту 30—50 см. Для надежности действия дренажа и предохранения его от заиления между дерном и жердями прокладывают слой хвороста. Более дорогим, по сравнению с жердевым, является дренаж брусковый, реечный и из решетки. Для образования пустот опиленный лесной материал укладывают в виде штабелей, причем поперечными лежнями служат короткие обрезки брусьев или досок. Дренаж из опиленных материалов менее подвержен засорению и поэтому работает более продолжительный срок. Целесообразный тип дренажа из полуобрезных материалов показан на фиг. 5.

Целесообразный тип дренажа из полуобрезных материалов

В Германии за последние 25 лет стали применять для дренажа доски или горбыли. Простейшей формой дренажа из досок является деревянная труба, сколоченная из трех досок и уложенная на дно дренажного рва, или труба, сколоченная из толстых горбылей или пластин, обсыпанных камнем и закрытых поверх камня дерном. Т. к. соединение досок под острым углом при устройстве труб треугольного сечения представляет ряд неудобств для глубоких торфяных болот, то Бутц предложил устраивать трубы четырехугольного сечения, шириной в 5—15 см и толщиною досок в 2,5 см.

Доски берутся длиной 4 м, и соединяются проволочными гвоздями. Внутренние размеры деревянных труб приняты в Австрии: по ширине в 7, 10, 12 и 15 см, а по высоте соответственно в 5, 7, 10 и 12 см. Укладка деревянных труб по дну рва и соединения их между собой указаны на фиг. 6.

Укладка деревянных труб по дну рва и соединения их между собой

Вода в трубы проникает в местах долевых стыков досок и, кроме того, через специальные вырезы-отверстия размером 2,5 х 3 см в верхней части боковых досок. Эти вырезы расположены по длине труб через 0,5 м. Дренаж Бутца прост, легко укладывается, и потому в торфяных почвах в 3ападной Европе ему отдают предпочтение перед другими типами. В Америке дренаж из деревянных труб имеет также большое распространение, но, в отличие от дренажа Бутца, в трубах отсутствует нижняя доска, так что вода в них поступает гл. обр. через дно.

Дренаж из каменных материалов применяется в тех местностях, где камень м. б. добыт на месте работ. При этом дренаже нижнюю треть рва (по высоте) заполняют плиточным (лещадным) или булыжным каменным материалом. Дно рва для каменной наброски д. б. глинистым или каменистым. Каменная наброска сверху перекрывается слоем дерна. Если просачивающаяся в дрены вода содержит илистые части, то более крупный камень укладывают под более мелкий, доводимый вверху до величины галечника; последний сверху перекрывают дерниной, обращенной травою вниз. В местностях, где легко и дешево можно достать лещадный камень, полезно из таких плит выкладывать желоба в нижней части каменной наброски. Камень в некоторых случаях м. б. заменен кирпичом. Каменный и кирпичный дренажи, по сравнению с деревянным, более долговечны и работают исправно, если имеют достаточные внутренние размеры для отвода воды и расположены на мало размываемом грунте. Из типов каменного дренажа наилучшим следует считать каменный дренаж в виде желобов. Дренаж из кирпичей представляет меньше препятствий для стока воды и в некоторых случаях (близость кирпичных заводов) обходится не дороже дренажа из камня. При ограниченном количестве деревянных и каменных материалов в районе работ прибегают при устройстве дренажа к комбинации дерева и камня.

Дренаж из труб. Во всех перечисленных типах дренажа стараются дренирующий материал располагать так, чтобы его расходовалось как можно меньше при достаточных размерах пустот для стока воды и устойчивости дренажной системы в отношении размывающего действия просачивающейся и текучей воды. Сочетанию указанных требований минимума материала и максимума пустот удовлетворяют дрены в виде круглых гончарных или бетонных труб. Уложенные в землю ниже глубины промерзания грунта гончарные трубы представляют собою наилучший способ отвода воды из почвы и сохраняются в ней долгое время. Бетонные трубы применяются в том случае, если дренируемая почва содержит в растворе более 1% соляной, угольной и азотной кислот. Гончарные дренажные трубы изготовляются из глины на станках особой конструкции, высушиваются на воздухе и обжигаются в кирпичеобжигательных печах. В зависимости от диаметра они делаются длиной от 30 до 90 см и укладываются по дну рва впритык с зазором в 0,5—1,0 мм; работа дрен происходит через стыки, а не через стенки труб. Трубы д. б. хорошо обожжены, издавать при ударе звонкий звук (не изменяющийся и в том случае, если труба пропитается водой), иметь вполне определенные и одинаковые по всей длине диаметр и толщину стенок, иметь внутри и в обрезах гладкие и в осевом направлении прямолинейные стенки. Впитывание воды трубой в продолжение 24 ч. не д. б. свыше 15% по объему. В изломе труба должна иметь однородное строение и не содержать включений извести и камня. Хорошие трубы должны надрезаться ножом на глубину не более 1 мм. Толщина стенок существующих размеров при обычной глубине закладки до 1,4 м вполне выдерживает давление находящегося над трубой слоя земли. Размеры и вес 1000 шт. гончарных дренажных труб приведены в табл. 1.

Размеры и вес 1000 шт. гончарных дренажных труб

Потребное на один га дренируемой площади количество труб зависит от принятого расстояния между дренами. При нормальных условиях дренирования тяжелых почв через 20 м на один га требуется около 2000 штук дрен, считая, в том числе, на неизбежный бой 5%. Шевиор (Schevior) исчисляет на один погонный метр дрен 3,3—3,5 штуки. Дренажная линия из ряда трубчатых дрен распространяет свое действие в обе стороны от дрены на расстояние, зависящее от свойства почвы, т. е. от способности почвы удерживать воду, и от глубины закладки дрен. В глине вода отводится медленнее, в песке и песчаном грунте быстрее; чем глубже заложен дренаж, тем дальше в стороны он действует. Элементарная схема действия дренажа на понижение горизонта почвенных вод показана на фиг. 7.

Элементарная схема действия дренажа на понижение горизонта почвенных вод

Для сельскохозяйственных целей дрена д. б. проложена так, чтобы горизонт понижения воды в середине между дренами соответствовал горизонту, при котором происходит наилучшее развитие растительности (для пашни на глубине 70 см, луга - 50 см и сенокоса - 34—40 см).

Системы дренажа. Совокупность проложенных на определенной длине труб или дренирующих материалов составляет дренажную линию. Избыточная вода из почвы поступает в дрену, которая в этом случае носит название осушителя или осушительной дрены; отсюда вода поступает в собирательные дрены, или т. н. коллекторы, и далее - в водоприемник. Все описанные типы дренажа по отношению к горизонталям местности располагаются тремя способами (фиг. 8).

Типы дренажа по отношению к горизонталям местности располагаются тремя способами

1) Поперечный дренаж получается, когда коллектор располагается по наибольшему уклону местности, а всасывающие (осушительные) дрены - по направлению горизонталей. При таком устройстве достигается полное перехватывание воды и отчасти исключается необходимость прокладки более частого дренажа. 2) Продольный дренаж получается, когда осушительные (регулирующие) дрены располагаются по наибольшему уклону местности, а коллекторы - по направлению горизонталей; при этом часто не захватывается вся площадь между дренами. Продольный дренаж применяют в случае наличия на дренируемой площади постоянного притока почвенной воды. 3) Экономический дренаж - когда осушители располагаются под углом около 45° к горизонтали местности. Этот тип дренажа дает возможность быстро отводить воду. Параллельное и равномерное расположение осушителей, собранных в группы, применяется в случае осушения угодий или местности с равномерными условиями почвенной сырости. На участках с неравномерной степенью влажности и заболоченности осушители располагаются неравномерно и непараллельно (фиг. 9).

На участках с неравномерной степенью влажности и заболоченности осушители располагаются неравномерно и непараллельно

Все указанные виды дренажа относятся к категории горизонтальных дренажей.

Вертикальные (голландские) дренажи представляют собою колодцы или вертикальные трубы, верхние части которых всасывают почвенную воду, а нижние - отводят ее в водопоглощающие слои.

Вертикальный дренаж в виде скважин, обделанных срубом

Вертикальный дренаж устраивается в виде скважин, заполненных хворостом, в виде шурфов или колодцев, заполненных камнем или обделанных срубом (фиг. 10), или же в виде опускных колодцев из дренажных труб (фиг. 11).

Вертикальный дренаж виде опускных колодцев из дренажных труб

При большой глубине водопоглощающих слоев дренажная вода м. б. спущена водопоглощающими буровыми скважинами (фиг. 12) или колодцами с фильтрами (фиг. 13).

При большой глубине водопоглощающих слоев дренажная вода м. б. спущена водопоглощающими буровыми скважинами

Устройство вертикального дренажа возможно лишь при отсутствии напорных вод выше скважины.

При большой глубине водопоглощающих слоев дренажная вода м. б. спущена колодцами с фильтрами

Глубина заложения дренажных линий. Дренажные осушители закладываются на такую глубину, при которой достигалось бы понижение воды, требуемое хозяйственными или санитарно-техническими условиями. Заложение дрен прежде всего д. б. ниже глубины промерзания почвы. Глубина заложения дрен для улучшения водно-воздушных и температурных условий почвы д. б. около 1,4—1,5 м. Глубина заложения дрен в садах, на плантациях свеклы, хмеля, люцерны, гороха и других растений, дающих длинные корни, должна быть в пределах 1,5—2,0 м. Глубина заложения осушителей при осушении угодий, предназначаемых под луг, около 1,0 м, а угодий, предназначенных под возделывание плугом, 1,25 м. Дренаж закладывается глубже указанных величин в том случае, если необходимо заложить его в твердый грунт или достигнуть водоносного слоя, являющегося причиной заболачивания. Такие дрены устраиваются, например, при перехватывании водоносных пластов, выклинивающихся у подошвы склона водораздельной возвышенности. Такие перехватывающие дрены носят название ловчих, нагорных, головных дрен. При закладке дренажа для очистки сточных жидкостей на полях орошения или на полях фильтрации глубину заложения дрен берут в зависимости от состава почв и происходящих в них биологических процессов в пределах глубины, допускающей полную очистку сточной жидкости. Более глубоко закладывают дрены в случае добывания питьевой воды. Минимальную глубину закладки дрен считают 70 см от поверхности земли. При закладке дрен в торфянистых почвах необходимо увеличивать глубину, учитывая неизбежную осадку торфов в 15—20%.

Расстояние между дренами. От правильно выбранного расстояния между дренами зависят быстрота и равномерность осушения дренируемой площади и средняя стоимость осушки 1 га. При очень больших расстояниях между дренами в средней полосе между ними остается недоосушенное пространство; если же это расстояние уменьшить, то хотя осушка будет полная, но стоимость ее будет велика и несоразмерна с интенсивностью эксплуатации участка. Расстояние между дренами увеличивается при увеличении глубины закладки дрен.

Зависимость понижения уровня почвенной воды от расстояния между дренами

На фиг. 14 показана зависимость понижения уровня почвенной воды от расстояния между дренами, а на фиг. 15 - от глубины их расположения.

Зависимость понижения уровня почвенной воды от глубины расположения дрен

Т. к. с глубиной, по практическим соображениям, можно оперировать в узких пределах, то изменяют гл. обр. расстояния между дренами в зависимости: от величины атмосферных осадков и их распределения, от затопляемости дренируемой площади речными водами, от уклона дренируемой площадки, от системы дренажей, от характера почвы (песчаная, супесчаная, суглинистая или глинистая), от степени ее водопроницаемости и от содержания в ней извести, углекислого кальция, гумуса и железа. Расстояние между дренами определяют в зависимости от наличия в почве промывных и глинистых частиц. Расстояние между дренажными осушителями, в зависимости от содержания в дренируемой почве промывных частиц не крупнее 0,04 мм, указано в табл. 2.

Расстояние между дренажными осушителями

Копецкий определяет расстояние между дренами при глубине заложения дрен в 1,3 м в зависимости от количества промывных частиц величиной менее 0,01 мм (табл. 3).

Расстояние между дренами

Винцент (Vincent) предлагает при глубине заложения дрен в 1,25 м брать расстояние между ними для мокрой суглинистой почвы в 12, а в проницаемой почве в 15 раз больше против глубины их заложения. Леклерк берет следующие расстояния:

Drenaj 17

Санитарный комитет Лондона установил следующие нормы расстояния и глубины дрен (в м):

Drenaj 18

По более поздним английским данным, расстояние между осушительными дренами надлежит брать для тяжелых глинистых почв равным 4—6-кратной глубине заложения, для суглинистых 6—8-кратной, а для легкой почвы 8—10-кратной. В табл. 4 указаны расстояния между дренами, принятые Силезской генеральной комиссией, в зависимости от системы дренажа, при глубине заложения дрен: 1,25 м на полях и 1,0 м на лугах, при минимальном уклоне от 1:250 до 1:300.

Расстояния между дренами, принятые Силезской генеральной комиссией

В зависимости от содержания извести расстояние увеличивают следующим образом:

Drenaj 20

При этом меньшие цифры соответствуют тяжелым почвам, а большие - легким. При обильном содержании железа расстояние между дренами уменьшается. При значительном содержании гумуса, для песчаных почв расстояние уменьшается, а для глинистых почв увеличивается. Брейтенбах, кроме того, ставит расстояние между дренами в зависимость от гигроскопичности почв, причем для глубины дрены в 1,25 м расстояние Е между дренами он определяет по формуле:

Расстояние между дренами определяется по формуле

где Н - значение гигроскопичности в %.

При разнородных грунтах для определения расстояния между дренами Блаут (Blauth) дает следующий графический метод. Пусть дренируемый слой (фиг. 16), за исключением перегнойного слоя, состоит из двух разнородных грунтов мощностью t1 и t2, требующих по каким-либо нормам расстояния между дренами 22 и 13 м.

Дренируемый слой

Отложив от вертикальной оси, проходящей через дрену D, в обе стороны расстояния 22/2 и 13/2, находят указанным на фиг. 16 построением точки В, М и О. Для того чтобы точно определить среднее расстояние, соответствующее какому-то среднему грунту, необходимо из точки О провести до пересечения с поверхностью почвы параллельно линии DB линию ОК. Расстояние АК и будет равно половине того среднего расстояния, которое нужно взять для данных почв.

Расстояния между дренами т. н. экономического дренажа определяются графически следующим образом. На продольном профиле, представляющем изображение дренируемой площадки, наносят верхнюю дрену D на глубине от поверхности t и из точки D проводят горизонтальную прямую до встречи с поверхностью земли в точке К. В точке К опять закладывают дрену на глубину t и опять, проводя горизонтальную прямую, определяют расстояние D'K' и т. д. Отрезки KD и K'D' и будут искомыми расстояниями между дренами. При выборе расстояний между осушителями лучше брать, как правило, большее расстояние между дренами, так как впоследствии, в случае необходимости, легче будет проложить промежуточную дрену.

Расчет и проектирование дренажа. Количество осадков, попадающих в дренаж. Для правильного подбора поперечного сечения дрен необходимо знать наибольшее количество отводимой при посредстве дрен с единицы площади в единицу времени воды, или т. н. модуль дренажного стока. Количество попадающих в дрены осадков зависит гл. обр. от продолжительности и величины осадков, от проницаемости, влагоемкости и слоистости почв, от величины испарения, от характера растительного покрова и от количества воды, попадающей в дрены из водоносных пластов. Количество воды, поступающее в дрены, различные специалисты определяют различно. Леклерк находил, что при максимуме осадков в 10 мм за день просачивается через почву и достигает дрен 74,5% этих осадков. Период стока последних равен 36 часам, что составляет 0,75 л/сек на га. По Мангону и Дебову (Debauve), количество просочившихся в дрены осадков равно не 74,5%, а 50%, что дает при том же сроке отводимой воды 0,375 л/сек с га. Стивенсон (Stephenson) принимает сток с га в 1,31 л/сек. Винцент считает, что месячное количество осадков в 60—80 мм отводится дренажом в 14 дней, что дает с га 0,6 л/сек. Фридрих принимает: для тяжелых глин 0,65 л/сек с га, для проницаемых почв - 0,75 л/сек и для почв очень проницаемых 1,0 л/сек. Профессор Шпетле (Spottle) считает: для проницаемых почв 0,70—2,10 л/сек, для обычно дренируемых почв 0,5—0,70 и для очень тяжелых глинистых почв 0,35—0,50 л/сек. У нас, особенно в западной половине Союза, подсчет поперечного сечения дрен целесообразно вести на расход воды, исчисляемый по методу Фаузера, который принимает расчетное количество осадков за время декабрь—март, а период, стока в 14 дней, причем считает, что для среднетяжелых почв просачивается осадков:

Drenaj 23

Расчет трубчатого дренажа. Расчет поперечного сечения дрен обычно ведут только для дренажа из труб; для других типов дренажей, имеющих более значительное сечение, расчеты не делаются, за исключением очень немногих случаев, например, для дрен на полях сушки гидроторфа, на полях фильтрации сточных вод и т. п. Скорость течения воды по дренажным трубам берут в пределах от 0,20 до 1,0 м/сек и для этих предельных величин скоростей определяют уклон труб, принимаемый в пределах от 0,005 до 0,03. Скорость течения воды по трубам (в м/сек) определяют по формуле Шези (Chezy):

Скорость течения воды по трубам (в м/сек) определяют по формуле Шези (Chezy)

где R – гидравлический радиус в м, J = h/l – уклон труб, с – коэффициент скорости, причем, по Базену (Bazin):

Drenaj 25

где γ = 0,19—0,24. При R = d/4 получим:

Drenaj 26

Скоростной коэффициент с можно определить по сокращенной формуле Гангилье-Куттера (Ganguillet-Kutter):

Скоростной коэффициент определяется по сокращенной формуле Гангилье-Куттера (Ganguillet-Kutter)

где m - постоянная величина, равная (по Шпетле) 0,27. При работе труб полным сечением, но без напора         

Drenaj 28

Значения коэффициента c0 для разных диаметров указаны в табл. 5.

Drenaj 29

В Германии для определения скорости течения воды в дренах часто пользуются формулой Винцента:

Для определения скорости течения воды в дренах часто пользуются формулой Винцента

где k - дренажный коэффициент, который при d = 4, 5, 8, 10, 13, 16, 18 и 20 см соответственно равен 0,71, 0,75, 0,80, 0,83, 0,86, 0,88, 0,90, 0,91; h - уклон в м на длину l в м, a d - диаметр труб в м. При l = 100 м имеем:

Drenaj 31

где h - уклон в процентах.

В Америке расчет дренажных труб ведут по формуле Маннинга:

В Америке расчет дренажных труб ведут по формуле Маннинга

где R - гидравлический радиус в м, J - уклон, n - коэффициент шероховатости = 0,011—0,013. Подставив в эту формулу среднее значение n по опытам американского департамента земледелия, получим т. н. формулу департамента земледелия (U. S. D. А.):

Формула департамента земледелия (U. S. D. А.)

Формула испытана для дренажных труб диаметром 100—300 мм и дает на 10—15% преувеличенный результат для труб малого калибра. Профессор Дизеренс (Цюрих) для малых диаметров берет коэффициент равным не 90, а 62,5.

Расход воды, на который д. б. рассчитаны дрены, равен:

Drenaj 34

где q - поступление воды в дрену в м3/сек с 1 га, w - площадь в га, с которой поступает вода. Пропускная способность дрен рассчитывается при заполнении сечения на 81,1% соответственно наибольшей средней скорости, или на 94,5% соответственно наибольшему расходу. Зная поступающее в дрену количество воды Q и уклон J дренажной линии, можно определить нужный диаметр дрены d по формуле:

Drenaj 35

где f равно 62,5—90. Для упрощения подсчетов можно пользоваться графиками, изображенными на фиг. 17.

Drenaj 36

Наименьшие и наибольшие уклоны. Уклоны дренажных труб берутся в пределах 0,005—0,030 и значительно превосходят уклоны для открытых осушительных канав, так что при слабых уклонах местности приходится отказываться от трубчатого дренажа и переходить к каменному или деревянному дренажу, которые вследствие большего сечения представляют меньшую опасность заиления, а потому могут иметь меньшие уклоны (0,001—0,005). Значение уклона, соответствующее той или иной скорости, можно найти из формулы

Значение уклона

полученной из первоначальной формулы Шези, где v - скорость в м/сек, с0 - значение коэффициента по табл. 5, d - диаметр в м. Предельные максимальные и минимальные уклоны, высчитанные по этой формуле для диаметров дрен от 4 до 16 см в предположении vmin = 0,20 м/сек и vmax = 1,0 м/сек, указаны в табл. 6.

Предельные максимальные и минимальные уклоны дренажных труб

Как общее правило, дрены укладываются с наибольшим уклоном. На моховых болотах дренам можно давать уклон 0,001—0,002, но не меньше по территории дренируемого участка. В американской практике принимают следующие минимальные уклоны дрен для 100-мм труб: при глинистых почвах - 0,002, при песчаных - 0,003; для коллекторов диаметром до 300 мм - 0,0015, а свыше - 0,005.

Наибольшая длина осушительных (регулирующих) дрен определяется рельефом местности, системой дренажей и диаметром дрен. Аналитическая зависимость между отдельными элементами, влияющими на длину дрен, выражается формулой:

Аналитическая зависимость между отдельными элементами, влияющими на длину дрен

где I - длина регулирующей дрены в м, b - расстояние между дренами, v - скорость течения воды, d - диаметр, q - модуль внутреннего (дренажного) стока. Обычно для поперечного дренажа длина дрены берется от 80 до 150 м, а для продольного дренажа 150—250 м. При необходимости придать дренам искусственный уклон верхний конец дрены должен возвышаться над нижним не более чем на 0,3 м. Длина коллекторных линий может достигать 1000 м.

Проектирование и устройство дренажа. Для составления проекта дренажа требуется план топографической и нивелирной съемки в масштабе 1/2000—1/2500 с горизонталями через 0,1—0,2 м, а при более крутых склонах - через 0,25—0,50 м. Кроме того, по отдельным характерным участкам или будущим дренажным линиям требуется иметь разрезы почв, по которым можно было бы получить представление о водоспускных и водонепроницаемых слоях почвы и подпочвы, их мощности и глубине залегания, а также о площадном распространении их по территории дренируемого участка. Для составления почвенно-геологических разрезов делают буровые скважины или роют шурфы. Число шурфов и скважин определяется геологическим строением дренируемой территории. По данным галицийских работ, берут один шурф на 5 га. При изыскании под опытные участки и застройки берут по одному шурфу на га. На плане или в пояснительной записке указывают: расположение водоприемника и всех сооружений на нем, отметки горизонта воды, соответствующего меженнему и высокому уровням воды, и, по опросам жителей или гидрометрическим наблюдениям, продолжительность стояния в водоприемниках высоких вод. Кроме технических и естественно-исторических данных, необходимо также выявить данные экономического и сельскохозяйственного порядка, чтобы была возможность точно выяснить интенсивность будущего дренажа и нормы понижения грунтовых вод. Когда т. о. будут выяснены все необходимые данные, приступают к составлению проекта. Определяют положение коллекторов, главных и второстепенных, и осушителей, группируя их в отдельные системы. Устанавливают величину площади, обслуживаемой отдельным коллектором, и впадающих в него осушителей, расстояние между осушителями и глубину закладки осушителей и коллекторов. При выборе направления коллекторов следует руководствоваться тем, чтобы число их было минимальным. Устье дренажных коллекторов или непосредственно примыкает к водоприемнику или соединяется с ним при помощи канав. Диаметр дренажных труб д. б. так подобран, чтобы от вершины к устью скорость увеличивалась. Сдвоенные дрены располагают не рядом, а на расстоянии, принятом для осушителей. При проектировании необходимо соблюдать скорости в пределах 0,20—1,0 м/сек, беря в крайнем случае как минимум: для обычных почв 0,15 м/сек и для сыпучего песка 0,35 м/сек. Диаметр всасывающих линий следует брать не меньше 5 см, длины осушителей не больше 200 м. При дренировании однородных и равномерно заболоченных почв дренажные осушители прокладывают параллельно друг другу.

Drenaj 40

Для осушения неравномерно увлажненных почв прокладку дренажа ведут зонально, перехватывая ключи (фиг. 9) или способствуя отводу воды из западни (фиг. 18), причем наиболее успешный отвод ключевых вод достигается перекрытием дрен щебнем или гравием (фиг. 19—22) или прокладкой дрен с отверстиями в верхней половине трубы.

Дренаж

Дренаж

Прокладку дренажных линий нельзя производить по дну, под дном или же вблизи водоотводных канав. Недопустимо также пересечение собирательных канав. Если это представляется неизбежным, то располагают выше канав коллектор и пересекают канаву в одном каком-либо месте (фиг. 23), укладывая здесь канализационные трубы или надевая муфты на стыки гончарных труб, с заделкой стыков в обоих случаях.

Дренаж

От древесных насаждений коллектор д. б. расположен на расстоянии не менее как в 15—20 м, во избежание прорастания корней деревьев в коллектор. В случае надобности произвести осушку полосы, обсаженной деревьями, осушительные дрены делают короткими и располагают на расстоянии 6—10 м от деревьев (фиг. 24).

Дренаж

При дренировании больших площадей парков и садов иногда применяют дренаж Реролля (фиг. 25), устанавливая через каждые 5 м по длине осушителя вертикальные отводы, идущие в ямы, заполненные камнем.

Дренаж Реролля

Собирающаяся в этих ямах вода поднимается по вертикальным трубам в осушители и отводится ими в коллектор; трубы осушителя соединяются надвижными муфтами. При пересечении осушителями дорог отвод воды производится таким же способом, как и при пересечении канав.

В целях предохранения труб от неизбежного заплывания при прокладке их в плывучих грунтах, стыки перекрывают толем шириной в 10—15 см, обертывая им трубы 1,5—2 раза и прикрепляя туго натянутой проволокой. Дренирование почвы, содержащей ключи, производят при помощи коротких дрен (фиг. 26), если ключи при отрытии рва постепенно уменьшают свой дебит; если же в прокопанный ров вода из ключей поступает равномерно, не уменьшая дебита, то дренирование ключей производят посредством расходящихся коротких осушителей (фиг. 27) или собирают ключевую воду при помощи дренажных колодцев (фиг. 21 и 22).

Дренирование почвы

При оплывах и сдвигах земляных сооружений, вследствие присутствия в них водопроводящих слоев, последние перехватывают дренажем (фиг. 28—31).

При оплывах и сдвигах земляных сооружений, вследствие присутствия в них водопроводящих слоев, последние перехватывают дренажем

При оплывах и сдвигах земляных сооружений, вследствие присутствия в них водопроводящих слоев, последние перехватывают дренажем

При осушении полотна обыкновенных дорог применяют вертикальный дренаж, состоящий из заполненных щебнем, песком или фашиной ям диаметром 0,3—0,7 м и глубиною 0,6—2,0 м, отрытых через каждые 10—20 м по оси дорог. В торфяном грунте укладку труб делают по предварительной наброске вереска на дно рва и уплотнении его круглой деревянной трамбовкой; сверху трубы также забрасывают вереском. Наилучший уклон для таких дрен 0,0010—0,0025.

Дренажные колодцы из бетонных или глазурованных труб

Для надзора за правильным действием дренажной сети необходимо в местах соединения нескольких коллекторов устраивать дренажные колодцы из бетонных или глазурованных труб (фиг. 32) или настоящие каменные и бетонные колодцы (фиг. 33).

Каменные и бетонные колодцы

В местах перепадов устраивают перепадные колодцы из глазурованных труб (фиг. 34) или бетонные (фиг. 35).

Перепадные колодцы из глазурованных труб

Бетонный колодец

Дренаж успешно применяется для устранения сырости в зданиях. Причиной сырости в зданиях часто является, кроме недоброкачественности материалов, близость почвенной воды и недостаточный отвод дождевой воды с крыш. Дренаж для осушения зданий закладывается ниже фундамента на расстоянии 1 м от стен здания; материалом служат обыкновенные дренажные гончарные или цементные трубы. Для более успешного действия дренаж снабжают вертикальными дренами или колодцами. Поступление в осушительные дрены дождевых вод нежелательно, и для последних лучше делать в сырых зданиях самостоятельные отводы.

Разбивка и производство работ. Разбивку дренажа ведут следующим образом: через 10 м намечают кольями направление канав; на расстоянии 1,5 м от этих кольев забивают другой ряд кольев, намечая на них принятую проектом глубину закладки дрен или дна рва. Место устья коллектора отмечают забивкой кола в уровень с поверхностью земли; уровень этот отвечает дну устья коллектора. Отрывку начинают от устья коллектора. Ров роют шириной по верху 0,7 м и по низу 0,25 м. Дно выравнивают под рейку. Землю из рвов при отрывке сбрасывают по обе стороны дренажного рва. Дерновой слой откладывают в сторону, чтобы в случае надобности можно было воспользоваться им для перекрытия стыков дрен. При укладке дрен необходимо следить чтобы обвалы земли со стенок были минимальными. Трубы укладывают вручную, стоя на дне рва, или при помощи шеста, опираясь на бровки рва. Укладка труб ведется по возможности по прямой линии, причем одна труба прикладывается к другой так плотно, чтобы ни одна дрена из готовой дренажной линии не могла быть приподнята без соседних дрен. Если трубы несколько искривлены, то они располагаются искривлениями в противоположные стороны. Если дно рва под давлением почвы дает осадку, и притом неравномерную по длине, то целесообразно заложить ростверк из двух продольных досок толщиной 25 мм и шириной 9 см; скрепленных через 0,7 м длины стеллажей поперечными планками такой же ширины и толщины. Между продольными досками оставляется просвет шириной от 5 до 7 см, куда и укладывают дренажные трубы. В грунтах, подверженных переменной сухости и влаге, дощатые настилы целесообразно заменять слоем тщательно утрамбованного щебня или песка.

Обходная дрена

Если по линии дрен встретятся валуны или камни значительного объема и веса, то их огибают обходной дреной (фиг. 36); если же нижняя поверхность камня находится на одном уровне с дном рва или выше его, то дрену прокладывают под камнем (фиг. 37).

Обходная дрена

Засыпку рвов ведут слоями в 20—30 см, избегая, особенно в первом слое, сбрасывания камней на трубы. Перекрытия стыков труб каким-либо материалом (соломой, хворостом), выполняющим роль фильтра, следует по возможности избегать, т.к. сгнивший материал может повлечь закупоривание дрен. Устья осушительных дрен оставляют временно незасыпанными для их последующего соединения с коллекторными дренами. Для соединения дрен в них пробивают отверстия. Конец осушителя при соединении с коллектором закрывается кирпичом или плоским камнем (фиг. 38).

Конец осушителя при соединении с коллектором закрывается кирпичом или плоским камнем

Более тщательное соединение труб производится при помощи фасонных частей.

Сопряжение Водички

Из соединений такого типа можно указать: сопряжение Водички (фиг. 39) и сопряжение Блаута (фиг. 40, 41).

Сопряжение Блаута

Переход от большего диаметра дрен к меньшему делается при помощи переходных труб разных диаметров (фиг. 42).

Дренажные трубы

Обделка устьев нетрубных дренажей должна быть выполнена особенно тщательно. Простейшим типом устья (фиг. 43) является деревянная труба квадратного сечения, длиной около 1,5 м, и внутреннего размера, соответствующего внутреннему диаметру дренажной трубы. Так как дренажные деревянные трубы, соприкасаясь с воздухом, быстро гниют, то их пропитывают (см. Дерево, пропитка) или просто тщательно промазывают смолой. Лучше же всего деревянные трубы в устьях заменять железными (фиг. 44) или бетонными трубами; на фиг. 45 показано устье в виде бетонного ящика.

Лучше же всего деревянные трубы в устьях заменять железными (фиг. 44) или бетонными трубами; также показано устье в виде бетонного ящика

Наиболее совершенные и долговечные устья выполняют из камня и бетона (фиг. 46, размеры в м, и фиг. 47).

Наиболее совершенные и долговечные устья выполняют из камня и бетона

Дренажные рвы для укладки в них дрен целесообразно отрывать с помощью машин, например дренажных плугов.

Наиболее совершенные и долговечные устья выполняют из камня и бетона

Стоимость дренажа. Стоимость 1 га дренажа колеблется в широких пределах в зависимости от глубины дренажа, густоты сети, длины коллектора, расстояния до водоприемника, стоимости труб и их подвозки. Стоимость дренажа, выполняемого с санитарными целями в черте городских построек, зависит, кроме того, от сложности и возможности присоединения его к стокам и от стоимости вспомогательных работ. До 1914 г. стоимость дренирования 1 га составляла 60—150 р., причем меньшая цифра относится к районам наибольшего распространения, а большая - к районам малого распространения дренажа. Стоимость дренирования минеральных почв в западных губерниях составляла около 100 р. на га. По отдельным работам эта стоимость приблизительно распределяется следующим образом: 20 р. на съемку, нивелировку, проектирование и технический надзор; 9 р. 60 к. на отрывку канав; 2 р. на укладку труб; 2 р. 40 к. на засыпку дрен; 43 р. на приобретение дренажных труб; 16 р. на оплату поденной работы по планировке, отводу воды и пр. Ремонт дренажной сети, по сравнению с открытыми канавами, прост и дешев. При дренаже не требуется ежегодного ремонта, и единственной работой является уход за состоянием водоотводных канав и устьев дренажей, коллекторов, особенно если они сделаны из дерева. Капитальная смена деревянных устьев требуется через 5—6 лет. Правильно уложенный и спроектированный дренаж действует десятки лет. Проникновение корней деревьев в трубы и закупоривание их - явление редкое и присущее только садам и паркам. Хорошо и высоко устроенное устье вполне гарантирует дренажные трубы от попадания в них рыб, лягушек и т. п. В случае закупорки дрен делают разборку дренажа. Возможность отложения в дренах водорослей, окиси железа и извести д. б. предусмотрена. При эксплуатации дренажа, особенно в первые годы после его устройства, через дренажные рвы, еще окончательно не осевшие, могут легко проникать дождевые воды и образовать воронкообразные ходы. Это - явление весьма нежелательное, и мерой борьбы с ним является подсыпка земли и легкое трамбование.

Рентабельность дренажа. Рентабельность дренажных мелиораций выражается в повышении валовой производительности дренированных угодий и уменьшении затрат по обработке, а в случае дренажа санитарно-технического назначения - в улучшении санитарно-гигиенических условий. В Австрии, например, среднее повышение урожайности от дренирования выражается следующими числами: для пшеницы - 40%; ржи - 41%; ячменя - 64%; овса - 45%; картофеля - 93%; сахарной свеклы - 78%; красного клевера - 23%; трав - 25%. У нас следует считать повышение урожайности в отдельных хозяйствах в среднем в 15—20%. При опытах 1923 г. в Московской губернии повышение урожайности выразилось при расстоянии между дренами в 20, 15 и 10 м соответственно для клевера 6, 7, 9 и 19,2%; вико-овсяной смеси - 16,2, 22,2 и 27,7%; овса - 14,3, 15,8 и 23,9% и пшеницы - 12, 14,9 и 29,7%. По данным Лифляндской практики, где еще в 1880—94 гг. был заложен дренаж на 36% всей частновладельческой площади, валовой доход от дренажа увеличился в первые четыре года после устройства дренажа на 58%, а в последующие годы - на 72%, что соответствует приблизительно 12% чистого дохода на затраченный капитал и земельную ренту. Изменение урожайности ячменя, в зависимости от глубины заложения дрен и расстояния между ними, на тяжелых почвах, по данным германских опытных станций, показано в % табл. 7.

Зависимость урожайности ячменя от глубины заложения дрен и расстояния между ними

Абсолютные цифры урожайности в кг на га для травяной смеси, поданным Болотной опытной станции Тома (Лифляндия), указаны в табл. 8. 

Зависимость урожайности травяной смеси от материала дрен, глубины заложения их и расстояния между ними

Заболоченные и минеральные полевые угодья при неизбежной системе открытых каналов для сброса излишних вод, естественно, теряют часть своей площади. По точным подсчетам, открытые канавы на заболоченных угодьях занимают 8,33—11,6% всей площади.

Помимо выигрыша в площади, положительные результаты от дренирования сельскохозяйственных угодий объясняются следующими причинами: 1) В виду быстрого отвода излишков воды с поверхности почв уменьшается испарение, понижающее температуру, вследствие чего дренированная площадь оттаивает раньше и допускает более раннюю обработку. 2) В поры почвы, освобожденной от воды, легче и в большем количестве проникает воздух, что благотворно влияет на питание растений. 3) Дренаж, способствуя разрыхлению почвы, дает возможность корням растений глубже проникать в почву и использовать для питания более глубокие слои. 4) На дренированной площади труднее развиваются сорные травы, т. к. отсутствие влаги, отзывается неблагоприятно на их развитии. 5) В засушливые годы растения на дренированных почвах менее страдают от недостатка влаги, т. к. теплый воздух, проходя через дрены в нижние, более холодные слои, отдает им свою влагу, которая затем воспринимается корнями растений. 6) В силу того, что при дренаже почва лишена избытка влаги, вносимый в почву навоз скорее разлагается и усвояется растениями. Учитывая положительные результаты дренирования, американская практика установила в настоящее время за правило устраивать дренаж на таких почвах, для которых годовое количество осадков превышает 500 мм.

 

 

Источник: Мартенс. Техническая энциклопедия. Том 7 - 1929 г.