Дренажи
5.1. По воздействию на фильтрационный поток, местоположению, конструкции, режиму работы и ряду других признаков дренажи классифицируются следующим образом.
1. По способности снижать депрессионную поверхность фильтрационного потока:
а) общие – снижающие давление грунтовых вод на обделки благодаря понижению депрессионной поверхности потока в зоне расположения защищаемого сооружения (рис. 5 – 17);
б) местные – снижающие давление грунтовых вод на обделки за счет потери напора при фильтрации в дренажи, расположенные в непосредственной близости от поверхности, разгружаемой от давления грунтовых вод (рис. 1 – 3 и 19 – 22).
Примечание. Общие дренажи применяются при любом заложении, местные, как правило, – при глубоком положении дренируемых сооружений под уровень грунтовых вод.
2. По расположению относительно направления потока грунтовых вод и относительно защищаемых сооружений:
а) верховые, располагаемые на расстоянии от сооружения с верховой, по отношению к потоку, стороны дренируемого массива (рис. 8). Особенно эффективны при расположении на водоупоре. Применяются в достаточно проминаемых породах для узких, вытянутых в длину сооружений, в которых получение сравнительно узкой депрессионной воронки отвечает поставленным задачам. Могут быть однолинейные без поперечных дрен, однолинейные с поперечными дренами, двухлинейные. Применяются в качестве общих дренажей;
б) контурные (кольцевые), устраиваемые вокруг защищаемого сооружения, при поступлении к нему грунтовых вод со всех сторон (например, вокруг здания подземной гидроэлектростанции). Могут быть одноконтурные (рис. 14 – 16), многоконтурные, одноярусные (рис. 14) и многоярусные, располагаемые на различной высоте (рис. 5, 23 и 24). Располагаются вблизи от сооружения. Являются, весьма эффективным общим дренажем;
в) контактные (приобделочные), располагаемые на контакте обделки сооружения с породой (рис. 21, 25, 26, 29 – 31), или пересекающие этот контакт (рис. 28, 32, 33). Применяются, в основном, в качестве местных дренажей, но в определенных условиях могут работать как общий дренаж.
3. По заложению относительно водоупора и степени пересечения фильтрационного потока дренами в вертикальном направлении:
а) совершенного типа, когда дрены доходят до водоупора при пересечении фильтрационного потока по всей высоте (от депрессионной поверхности до водоупора, рис. 8, 34);
б) несовершенного типа, когда дрены не доходят до водоупора или доходят до водоупора, пересекая фильтрационный поток не по всей высоте (рис. 14, 35).
4. По конструкции:
а) туннельные (рис. 7, 14, 18, 34 – 41);
б) скважинные (рис. 10, 12, 16, 17, 23, 42, 43);
в) шахтные (колодезные) (рис. 16);
г) шпуровые (рис. 1, 3, 19, 22, 27, 33, 44 – 47);
д) трубчатые (рис. 20, 48 – 51, 76);
е) ленточные, (рис. 21, 53);
ж) сплошные (тюфяки или необлицованные поверхности породы), (рис. 55);
з) разгрузочные отверстия в обделке (рис. 56 – 58);
и) комбинированные, состоящие из элементов по пп. а – з (рис. 2. 5, 6, 8, 9, 15, 20, 32, 59 – 62).
5. По размерам и возможности осмотра:
а) проходимые, по которым возможно пройти человеку (рис. 52, 63 – 70) и непроходимые (рис. 25 – 31, 49 – 54);
б) открытые (доступные для осмотра), (рис. 44, а, в, 56, 61 и 71) и закрытые (недоступные для осмотра). Закрытые дренажи применяются в простых гидрогеологических условиях и несложной конструкции.
6. В зависимости от состояния породы:
а) закрепляемые (рис. 38 – 40) и не закрепляемые (рис. 13, 14);
б) с фильтрами (рис. 2, 20, 21, 29 – 31, 34, 36 – 39, 41,б, 61, 71 – 74) и без фильтров (22, 48, 49, 55 – 58, 75).
7. По режиму работы:
а) напорные (рис. 21) и безнапорные (рис. 9 – 16, 18, 25, 29 – 32, 42, 43, 48, 55, 59, 61 – 65);
б) регулируемые (рис. 1, 23, 28, 71, 74) и нерегулируемые (рис. 21, 29 – 32, 72)
8. По способу производства работ, выполняемые:
а) открытым способом (рис. 16, 26, 34);
б) подземным способом (рис. 6, 10, 11, 15, 23, 28, 32, 42, 59, 61, 62);
в) комбинированным способом (рис. 9, 60, 71).
5.2. Выбор типа дренажа зависит от:
а) геологических и гидрогеологических условий (напор грунтовых вод, граничные условия области фильтрации, расстояние до контура питания грунтовых вод и до водоразделов, направление движения фильтрационного потока, напластование, водообильность пород, физико-химические свойства пород и грунтовых вод и т.д.);
б) физико-химических процессов в породе, вызываемых движением грунтовых и поверхностных вод и влиянием метеорологических факторов;
в) конструкции и материала обделок дренируемого сооружения, а также условий его работы;
г) условий строительства и эксплуатации дренируемого сооружения и дренажа.
5.3. При проектировании дренажных туннелей рекомендуется учитывать следующее:
а) в зависимости от местных условий и форм дренируемых сооружений дренажные туннели в плане могут быть прямолинейными и криволинейными (полигональными), незамкнутыми и замкнутыми, непрерывными и поучастковыми;
б) дренажные туннели рекомендуется закладывать с верховой стороны грунтового потока, чтобы полнее перехватить воду водоносного горизонта (рис. 8, 13);
в) крепление выработки назначается в зависимости от прочности пород, учитывая необходимость иметь большую водопроницаемость обделки. В крепких и устойчивых породах дренажные туннели рекомендуется оставлять незакрепленными;
г) одноярусные дренажные туннели применяются в однородных породах; многоярусные – в случае переслаивания водопроницаемых и водонепроницаемых пород (при наличии нескольких водоносных горизонтов);
д) дренажные туннели устраиваются с уклоном, исключающим возможность заиления и размыва водоотводных канав и обеспечивающим удобство производства работ по устройству туннеля и его эксплуатации;
е) в целях обеспечения нормального стока дренажных вод лотковая часть туннеля бетонируется или устраивается специальная водоотводная канава (рис. 32, 36 – 39);
ж) в дренажных туннелях длиной более 200 м предусматриваются ниши-убежища выше подошвы на 0,5 м через каждые 100 м в шахматном порядке;
з) в местностях с суровым климатом дренажный туннель утепляется на необходимой длине;
и) размеры дренажных туннелей определяются расходом пропускаемой ими воды, условиями строительства и эксплуатации. Минимальные размеры поперечного сечения дренажных туннелей принимаются в соответствии с [Л. 166].
5.4. Скважинный дренаж проектируется с учетом следующих положений:
а) длину скважин можно принимать до 100 м, диаметр скважин – в пределах 50 – 150 мм;
б) скважины располагаются рядами (вертикально, горизонтально и наклонно) и лучами;
в) вертикальные восходящие и нисходящие скважины рекомендуется применять при наличии нескольких водоносных горизонтов, а также при дренировании подземных сооружений большой высоты (например, здания гидроэлектростанций, шахты больших диаметров и т.д.), (рис. 9, 15, 24, 43, 71);
г) вертикальные нисходящие скважины можно применять, когда ниже сооружения располагаются пласты со значительно большей водопроницаемостью, чем в районе сооружения, но с незначительными напорами грунтовых вод. В этом случае система вертикальных дрен, прорезающих дренируемый массив и нижележащий проницаемый пласт, снижает свободную поверхность грунтовых вод (или их пьезометрическую поверхность);
д) горизонтальные скважины применяются в слоистой породе с крутопадающими пластами. Максимальный эффект достигается, если дрены направлены нормально к напластованию;
е) лучевые (горизонтальные, вертикальные и наклонные) скважины применяются, когда из одной «точки» (камеры, ниши) необходимо сдренировать большой объем породы (рис. 17, 23, 28, 42, 59, 61). Скважины бурятся в виде пучка или веерообразно из специальных ниш, камер и шахт или непосредственно из выработок дренируемых сооружений;
ж) устья скважин должны быть доступны для осмотра, монтажно-демонтажных работ и измерений дебита и напора;
з) устья скважин, направленных наклонно или вертикально вниз, должны быть надежно предохранены от попадания в них поверхностных вод и посторонних предметов;
и) в устойчивых ненарушенных породах скважины не закрепляются;
к) нерабочие участки скважин, проходящих в слабых породах, необходимо закрепить обсадными трубами. Трубы могут быть стальные, из нержавеющей стали, чугунные, асбоцементные и пластмассовые (раздел 6).
5.5. Шпуровой дренаж может быть применен для разгрузки от давления грунтовых вод обделок любых подземных сооружений. Он состоит из системы шпуров диаметром 50 – 100 мм и длиной в несколько метров, пробуренных при равномерной трещиноватости породы нормально к поверхности обделки. При неравномерной трещиноватости (слоистость) и фильтрационной анизотропии породы шпуры следует ориентировать с учетом этих особенностей.
Шпуровой дренаж обладает следующими положительными свойствами:
а) высокой дренирующей способностью при малых его размерах;
б) возможностью совмещения с заполнительной и противофильтрационной цементацией;
в) возможностью устройства после возведения обделки;
г) возможностью осуществления любой степени дренирования локальных участков обделки путем изменения длины и шага шпуров;
д) простотой осуществления с помощью перфораторного бурения.
5.6. Трубчатый дренаж (продольный, поперечный, комбинированный) устраивается на контакте бетонных (железобетонных) обделок с породой или металлической облицовкой (рис. 26, 50, 53) и внутри бетонных (железобетонных) обделок (рис. 20, 48, 49, 51).
Эти дренажи могут быть выполнены в виде:
а) цилиндрических полостей, созданных извлекаемыми полостеобразователями;
б) перфорированных труб, обмотанных стеклотканями, или труб из пористого материала, оставляемых в обделках;
в) скважин, пробуренных в бетоне.
При применении дренажей по пп. а и в извлечение пустотообразователей или бурение скважин производится после окончания работ по заполнительной и противофильтрационной цементации.
Дренажи по п. б позволяют проводить повторно цементационные работы, если в этом возникает необходимость в процессе, эксплуатации. Это возможно благодаря способности стеклоткани задерживать частицы цемента и пропускать воду (рис. 20), [Л. 28, 85, 145].
5.7. Ленточный (продольный и поперечный) дренаж применяется, как правило, в безнапорных сооружениях. Он представляет собой полости, устроенные на контакте породы с обделкой (рис. 21). Эти полости могут быть заполнены фильтрующим материалом.
В качестве фильтрующего материала применяются: песок, гравий, щебень, стекловата, шлаковата, пористый бетон (сборный или монолитный), [Л. 49, 70, 71, 142, 169]. Вяжущее для пористого бетона (цемент, битум, полимерные смолы) назначается в зависимости от химического состава грунтовой воды.
Ленточные дренажи размещаются в породе в специальных нишах (штрабах, канавах, траншеях) или в пределах сечения обделок. Они также могут быть образованы путем оставления на поверхности выработки незабетонированных полос породы (в негидротехнических туннелях).
Для устройства прискальных ленточных дрен можно использовать резиновые ленты или гибкие пластмассовые перфорированные трубы, прикрытые шлаковатным ковром и прижатые к скале сеткой, закрепленной специальными анкерами (рис. 53). В местах крутых поворотов и изгибов дрен следует применить гофрированные пластмассовые трубки (рис. 54). Для защиты шлаковатного ковра от механического воздействия бетонной смеси (набрызг-бетона) его следует покрывать хлорвиниловой пленкой.
5.8. Сплошной дренаж применяется в устойчивых породах, характеризующихся умеренной водопроницаемостью. Он устраивается в виде:
а) прослоек из фильтрующего материала (песок, гравий, щебень, пористый бетон, шлаковата, стекловата и т.п.), расположенных по контакту обделки с породой (рис. 30, 31);
б) полостей между породой и ненесущей (декоративной) облицовкой (рис. 55);
в) открытой необлицованной поверхности породы.
5.9. В качестве фильтрующих применяются материалы, перечисленные в п. 5.7.
5.10. Дренаж в виде разгрузочных отверстий (короткие шпуры) в обделке (рис. 77) служит для разгрузки ее от давления грунтовых вод, а также для организованного их отвода в местах мокрых пятен и течей, обнаруживаемых во время эксплуатации сооружений.
Дренаж выполняется в виде отверстий разбуриваемых в обделке с заглублением в породу на 50 – 60 см. При наличии металлической облицовки разгрузочные отверстия рассверливаются с некоторым заглублением в бетон обделки, после чего завариваются в пределах толщины облицовки (рис. 22 и 60).
Разгрузочные отверстия можно применять:
а) при маловодопроницаемых скальных породах;
б) в пределах бетонной обделки для разгрузки металлических облицовок в напорных туннелях и шахтах при их опорожнении.
5.11. В тех случаях, когда при нормальной работе напорного сооружения не требуется разгрузка обделки от давления грунтовых вод, а разгрузка дренажем необходима при опорожнении туннеля, может быть применен регулируемый (например, выключаемый) дренаж. Регулирование возможно осуществить при помощи:
а) задвижек, устраиваемых на коллекторных трубах, в местах, доступных для осмотра или контроля в любой период эксплуатации;
б) автоматических обратных клапанов, открывающихся под давлением грунтовой воды.
Для увеличения надежности своевременного открытия и закрытия задвижек целесообразно управление ими автоматизировать, сблокировав электромеханическим управлением с работой затворов на водоводах.
При проектировании дренажа этого типа необходимо предусматривать мероприятия, исключающие возможность его засорения.