Рис. 1. Полиэтиленовая труба с двухслойной стенкой диаметром 110 мм
Рис. 2. Расположения отверстий в дренажных полиэтиленовых трубах с двухслойной стенкой
Рис. 3. Номограмма для выбора дренажных гофрированных труб из ПВХ
Рис. 4. Номограмма для определения глубины укладки дренажных труб из ПВХ
Рис. 5. Соединение дренажных труб (а) и муфта (б)
Табл. 1. Размеры полиэтиленовых труб с двойными стенками, мм (выборка из ТУ 2248-027-41989945–04)
Табл. 2. Параметры отверстий в дренажных полиэтиленовых трубах с двухслойной стенкой
Табл. 3. Свойства защитно-фильтрующей оболочки
Табл. 4. Основные физико-механические свойства полиэтилена
Производство таких труб обусловлено прежде всего острой потребностью в высокотехнологичных трубах [1, 2], необходимых для устройства дренажей на застроенных или отведенных под застройку территориях, т.е. для мероприятий, которые являются одними из главных по защите зданий и сооружений от подтопления подземными и поверхностными водами путем своевременного обеспечение заданной нормы осушения. Устройство дренажей также обязательно в следующих случаях:
- когда полы подвалов, технические подполья, внутриквартальные коллекторы каналов для коммуникаций и т.п. расположены ниже расчетного уровня подземных вод, а также в случае превышения уровня полов над уровнем подземных вод менее 50 см;
- расположения полов подвалов в зоне капиллярного увлажнения, когда в помещениях не допускается появления сырости;
- расположения полов эксплуатируемых подвалов, внутриквартальных коллекторов, каналов для коммуникаций в глинистых и суглинистых грунтах независимо от наличия подземных вод;
- расположения полов технических подполий в глинистых и суглинистых грунтах при их заглублении более 1,3 м от планировочной поверхности земли независимо от наличия подземных вод; расположения полов технических подполий в глинистых и суглинистых грунтах при их заглублении более 1,3 м от планировочной поверхности земли при расположении пола на фундаментной плите, а также в случаях, когда с нагорной стороны к зданию подходят песчаные линзы или расположен тальвег, и других, не предусмотренных «Руководством по проектированию дренажей зданий и сооружений» [3].
Полимерные дренажные трубы для устройства дренажей используются длительное время. В [4] приводятся рекомендации по обеспечению эффективной работы дренажной системы из полимерных труб. Вкратце они таковы. Вначале следует определять требуемый диаметр труб (рис. 3). Затем устанавливать расположение и уклон трубопроводов; подбирать вид соединений трубных элементов дренажной системы; выбирать обсыпку труб для устройства дренирующего слоя.
Глубину укладки Уп дренажных труб из ПВХ рекомендуется принимать в зависимости от степени уплотнения засыпки по шкале Проктора (рис. 4). К сожалению, приводимые рекомендации носят ограниченный характер, т.к., во-первых, они распространяются на трубы диаметром до 180 мм, во-вторых, нет указаний на вид используемых для засыпки грунтов, но самое главное — трубы из ПВХ являются однослойными и гофрированными как снаружи, так и внутри.
Трубы же, о которых идет речь в статье, — двухслойные, и внутренняя поверхность у них гладкая. К тому же, трубы находятся в защитно-фильтрующей оболочке, как правило, из геотекстильного материала (табл. 3).Применение геотекстильных материалов при укладке дренажных труб в песках средней крупности с размером частиц меньше 0,3–0,4 мм, а также в мелких и пылеватых песках, супесях и при слоистом строении водоносного пласта позволяет полностью заменить гравийно-щебеночный материал обсыпки труб.
В качестве защитно-фильтрующей оболочки (ЗФО) дренажных труб применяется полотно нетканое фильтрующее (ТУ 839703805766623–97, ГОСТ 26996–86).Возможно закрепление ЗФО синтетической нитью (ГОСТ 22693). Однако в России отсутствует нормативная база для их использования в указанных целях. В этой связи ГУП «НИИ Мосстрой» в рамках договора «Разработка технологии монтажа дренажей из полиэтиленовых гофрированных труб условным диаметром 100–200 мм», заключенного с Московским комитетом по науке и технологиям при Правительстве Москвы, провел комплекс теоретических и экспериментальных исследований.
Целью указанных научно-исследовательских работ явилось определение кольцевой жесткости полиэтиленовых гофрированных труб и последующий подбор глубины заложения дренажей из таких труб в грунт с учетом грунтовых и транспортных нагрузок при известных технологиях выполнения земляных работ, а также гидравлический расчет отверстий в трубах с учетом их дренирующей и фильтрующей способностей. Для достижения указанной цели были решены следующие задачи [5]:
- Достаточно подробно рассмотрена геометрия труб, предусмотренная нормативами, и проведено ее сравнение с фактической, полученной в метрологических исследованиях.
- Разработаны теоретические показатели кратковременных значений кольцевой жесткости полиэтиленовых гофрированных труб и проведена экспериментальная проверка полученных показателей на опытных образцах.
- Рассмотрены допустимые глубины заложения дренажных трубопроводов из полиэтиленовых гофрированных труб в различных грунтовых условиях с использованием разных технологий их траншейной прокладки.
- Исследована гидравлика горизонтальных дренажей, дренажных отверстий в трубах, дренирующая и фильтрующая способность полиэтиленовых гофрированных труб с целью подбора методик для их расчетов.
- Рассмотрены проектноконструкторские особенности дренажных сетей, включающих полиэтиленовые гофрированные трубы с ЗФО.
- Проанализированы монтажные технологии с целью выбора оптимальных методов производства укладочных работ для качественного устройства дренажных систем из полиэтиленовых труб с двухслойной стенкой в ЗФО.
- Рассмотрены возможности обеспечения надежной эксплуатации и малозатратного ремонта дренажей из полиэтиленовых труб с двухслойной стенкой в ЗФО.
Общая методика исследований базировалась на использовании литературных и нормативных материалов [6], проектных и практических данных по устройству дренажей из полимерных труб. В частных методиках (метрология, кольцевая жесткость, прочностные и гидравлические расчеты) использовались подходы, принятые как за рубежом, так и в России, в т.ч. собственные (ГУП «НИИ Мосстрой»), подтвержденные многолетней практикой проведения НИР по вопросам применения пластмассовых труб в различных трубопроводных системах.
Объектом исследований явились дренажные трубопроводы из полиэтиленовых гофрированных труб как с одной, так и с двумя — гофрированной снаружи и гладкой внутри — стенками в части вопросов проектирования. Уровень обработки опытных и экспериментальных данных соответствует инженерной надежности. В результате этих работ теоретически определены момент инерции и кольцевая жесткость полиэтиленовых гофрированных труб с двойной стенкой диаметром от 100 до 315 мм.
Для труб диаметром 100 и 150 мм получены экспериментальные значения кольцевой жесткости, которые с достаточной точностью подтвердили теоретические расчеты. С использованием полученных значений кольцевой жесткости полиэтиленовых гофрированных труб диаметром 100–200 мм рассчитаны глубины укладки в дренажных системах при соответствующих условиях выполнения земляных и монтажных работ.
В результате гидравлических расчетов дренажных трубопроводов получены данные по оптимальному количеству отверстий в трубах и с учетом их дренирующей и фильтрующей способности. В завершение научно-исследовательских работ были разработаны «Технические рекомендации по проектированию, монтажу и эксплуатации дренажей из полиэтиленовых труб с фильтрующей оболочкой ТР 168–05».
Для устройства дренажей должны применяться гофрированные двухслойные трубы с защитнофильтрующей оболочкой диаметрами 100, 150, 200 и 250 мм, изготовляемые из отечественных (ТУ 224803041989945–04, НПО «Стройполимер») и импортных марок полиэтилена (табл. 4).Внутренний слой труб представляет собой цилиндрическую оболочку из полиэтилена низкого давления (ПНД) с толщиной стенки 1,1–1,8 мм в зависимости от диаметра.
Наружный слой также из ПНД, он надежно скреплен с внутренним слоем, образуя полые гофры. Толщина стенки, высота и шаг расположения гофр также зависят от диаметра трубы. Трубы из полиэтилена низкого давления (ПНД) обладают достаточной стойкостью к абразивному износу. Трубопроводы для дренажных систем рассчитаны на срок эксплуатации не менее 50 лет при соблюдении всех норм и правил.
Отверстия в трубах имеют размеры и количество, обеспечивающие пропуск расчетных расходов поступления грунтовых вод внутрь трубы. Полиэтиленовые трубы с двухслойными стенками в дренажные трубопроводы собираются с использованием двухраструбных муфт (рис. 5).Согласно рекомендациям ТР 168–05 при разработке проектов инженерной защиты территорий и отдельных сооружений от подтопления грунтовыми водами необходимо руководствоваться требованиями следующих нормативных документов: СНиП 2202–2003, СНиП 2.06.15–85, СНиП 2.06.03–85, СНиП 2.04.03–85.
Рекомендуется также разделять дренажи по характеру вскрытия дренируемого водоносного пласта на два типа — совершенного и несовершенного. Горизонтальные дренажи совершенного типа полностью вскрывают водоносные пласты и своим основанием доходят до водоупора. Горизонтальные дренажи несовершенного типа вскрывают водоносный пласт лишь частично и не доходят своим основанием до водоупора.
ТР 168–05 также предусматривается выполнение, при необходимости, фильтрующей обсыпки из каменных материалов. Такие материалы, предназначенные для дренажных обсыпок, по прочности и морозостойкости должны отвечать конкретным требованиям. Гравий и щебень изверженных пород (гранит, сиенит, диорит, габбро, порфир, липарит, базальт, диабаз и т.п.) с истинной плотностью 2,3–2,7 т/м3 или особо прочные осадочные породы (кремнистые известняки и хорошо сцементированные песчаники) с плотностью 2,0–2,4 т/м2 при временном сопротивлении на сжатие не менее 600 кгс/см2, являются пригодными для внутреннего слоя обсыпки.
Фильтрующая обсыпка одновременно с водо-захватной функцией несет и водозащитную, предотвращая суффозию и заиливание дренажных коллекторов частицами водоносного грунта. Конструктивные формы фильтрующих обсыпок и их размеры зависят от используемого способа разработки траншей, в которые укладываются дрены. В ТР 168–05 рекомендуется принимать продольные уклоны дренажей не менее 0,002 — для глинистых и суглинистых грунтов и не менее 0,003 — для песчаных грунтов.
Наибольшие уклоны дренажа определяются исходя из максимально допустимой скорости течения воды в дренажных трубах — до 1,0 м/с. Расстояние по горизонтали (в свету) между различными инженерными коммуникациями и дренажем не должны быть больше расстояний, установленных СНиП П89–80.Для качественной эксплуатации дренажей, включающих полиэтиленовые трубы с двухслойными стенками, в соответствии с требованиями ТР 168–05, по их трассе (в местах поворота, изменения уклонов, на перепадах, а также на прямых участках через определенные расстояния) должны быть обустроены смотровые колодцы.
На прямых участках расстояние между колодцами для труб диаметром 100, 150 мм рекомендуется принимать 35 м, а для труб диаметром 200, 250 мм — 50 м. Смотровые колодцы, как правило, выполняются из сборных железобетонных элементов. Для дренажных труб с ЗФО диаметр круглого колодца следует принимать 1,0 м.
При глубине заложения дренажа более 3,0 м диаметр колодцев следует принимать не менее 1,5 м.В ТР 168–05 также имеются разделы, в которых приводятся методики определения величины притока грунтовых вод, гидравлического расчета по подбору диаметра труб, рекомендации к разработке чертежей, а также правила строительства, эксплуатации, технического обслуживания и ремонта дренажей.
Каждый упомянутый раздел ТР 168–05, как и методика выбора эффективных материалов для устройства фильтрующих оболочек [7], требуют специального рассмотрения. Этому, в случае заинтересованности научно-технической общественности, могут быть, очевидно, посвящены следующие публикации авторов в журнале.
