Результат интеллектуальной деятельности: ДРЕНАЖНОЕ УСТРОЙСТВО СЛАБОПРОНИЦАЕМОГО ГРУНТА

Изобретение относится к области осушения сельскохозяйственных земель и может быть использовано при осушении строительных площадок.

В настоящее время при осушении слабопроницаемых грунтов используют системы горизонтального трубчатого дренажа, на которых для усиления осушительного действия путем ускорения отвода поверхностных вод и вод из пахотного горизонта в дренаж устанавливают фильтрующие трубы в виде вертикальных фильтров, в основном представляющих засыпку из высокопроницаемого материала.

Известен дренажный элемент для приема избыточной воды из грунта, выполненный в виде блока из фильтрующего материала и имеющий внутри водопроводящие ходы, элемент имеет воронкообразную суживающую книзу форму, а водопроводящие ходы в нем соединены внизу в одно выходное отверстие (Авторское свидетельство RU №905365, кл. Ε02В 11/00, 1982).

Недостатком известного дренажного элемента является следующее:

- переток воды из фильтрующего материала в дренажную трубу ограничен водоприемной способностью выходного отверстия патрубка;

- переток воды по фильтрующему материалу ограничен водопроницаемой способностью водопроводящими ходами из материала;

- при такой его форме, в виде суживающего книзу воронки, если нижняя узкая часть патрубка обеспечивает ограниченную пропускную способность воды, то происходит ее застойная зона. Вследствие этого возникают большие градиенты напора и скорость движения воды, под действием которых к патрубку перемещаются частицы грунта и происходит кольматация ими пограничного слоя. Уменьшается проницаемость засыпки фильтрационного материала и, в конечном итоге, снижается осушительный эффект;

- при строительстве воронкообразной суживающего элемента и засыпки ее фильтрующим материалом трудно сохранить заданную криволинейность откосов воронки и сложность изготовления элемента.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является дренажный элемент, выполненный из фильтрующего материала, суживающейся книзу формы с водопроводящими ходами в нем, при этом элемент выполнен в виде набора дисков, насаженных на вертикальную перфорированную трубу, причем высоту и пористость каждого диска выбирают в зависимости от водно-физических свойств грунта (Авторское свидетельство RU №1159978, кл. Ε02В 11/00, 1985).

Недостатком известного дренажного элемента является следующее:

- при такой его форме, в виде сужающихся вниз набора фильтрующих дисков, переток воды из фильтрующего материала по высоте происходит неравномерно, и ограничен водопроницаемостью вертикальной трубы в основном в верхней части;

- пропускная способность трубы ограничена также патрубком, соединенным с дреной. При перетоке воды из дренажных пористых дисков в вертикальную перфорированную трубу через отверстия создается дополнительное сопротивление, что зависит от площади расширения воронки в верхней ее части;

- затруднен переток воды из пористых дисков по периметру вертикальной трубы по высоте в слабопроницаемом пахотном слое почвы;

- возможен выход из строя части диска из фильтрующего материала, т.е. их кольматируемость и снижает водоприемную фильтрующую поверхность;

- выполненные элементы в виде наклонных призм из набора дисков, надетых на вертикальную перфорированную трубу из пористого сыпучего материала с такой сложной многоступенчатой конфигурацией механизированным способом весьма проблематично на длине большого количества дрен или требует больших затрат ручного труда. Вследствие этого оно может быть малоэффективным мероприятием для отвода скопившихся в понижении избытков поверхностных вод, так как работа дренажного элемента такой конструкции будет определяться свойствами набора дисков, высоту и пористость каждого диска трудно будет рассчитать, т.е. конструкция будет определяться водно-физическими свойствами слоев грунта, что также весьма затруднено расчетным путем, так как осушаемое поле может быть по своему структурному составу (по длине дрен) различно.

Задачей предлагаемого изобретения и техническим его решением является повышение интенсивности отвода избыточных поверхностных и почвогрунтовых вод, улучшение мелиоративного состояния почвы путем увеличения общего притока воды в область фильтрующей трубы.

Решение указанной задачи достигается тем, что дренажное устройство слабопроницаемого грунта, в котором используют дренажную трубу в пахотном и подпахотном слоях в виде вертикальной фильтрующей трубы и засыпку из высокопроницаемого материала, имеет дополнительные V-образной формы фильтрующие трубы, выполненные с уклоном и сходящиеся у основания вертикальной фильтрующей трубы, установленные в узлах сопряжения с дреной, причем перфорированные отверстия V-образной формы фильтрующей трубы с дырчатым фильтром просверлены наклонно в сторону подошвы пахотного слоя, и верх труб заглублен на одном уровне ниже подошвы пахотного слоя.

Кроме того, перфорированные отверстия вертикальной трубы с дырчатым фильтром просверлены конусными отверстиями, сужающими вовнутрь трубы.

Отличительными признаками от прототипа являются:

- в пределах притока воды к дрене увеличивают контур попадания воды с минимальными градиента напора из грунтового слоя внутрь фильтрующей трубы;

- соединение у основания вертикальной фильтрующей трубы дополнительной V-образной фильтрующей трубы с просверленными отверстиями наклонно в сторону подошвы пахотного слоя значительно снижает сопротивление току влаги при перетоке ее из фильтрующего материала и далее в дренажную трубу.

В пределах зоны влияния отвода поверхностной воды, дренажное устройство отводит воду из дренажной засыпки материала, поступающие через дополнительные V-образной формы фильтрующие трубы, представляющие собой дырчатый фильтр. Отверстия просверлены наклонно в сторону подошвы пахотного слоя, под углом 30-40 градусов к оси трубы. При этом вертикальная перфорированная труба также имеет просверленные конусные отверстия, сужающиеся внутрь трубы. Кроме того, все трубы соединены между собой и установлены в узлах сопряжения с дреной. За счет этого повышается эффективность водоотбора в дрену скопившегося потока воды в перфорированных трубах, соответственно, транспортирующая способность дрены увеличивается.

Таким образом, обеспечивается причинно-следственная связь совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения и достигаемого технического результата: регулирование интенсивности осушения путем увеличения водоприемной поверхности (площади контакта фильтрующих труб) и уменьшение сопротивления водному потоку по высоте фильтрующего материала при перетекании его из фильтрующих труб непосредственно большим расходом в дренажную трубу. Кроме того, исключается кольматируемость фильтрующего грунта по высоте фильтрующих труб.

На чертеже показано дренажное устройство слабопроницаемого грунта в разрезе.

Дренажное устройство слабопроницаемого грунта содержит вертикальную перфорированную трубу 1, снабженную просверленными конусными отверстиями 2, меньшее основание которых направлено вовнутрь трубы 1. Дополнительные V-образной формы фильтрующие трубы 3 имеют дырчатые отверстия 4, просверленные наклонно к основанию подошвы пахотного слоя 5, и выполнены с двух сторон относительно вертикальной трубы 1, которые соединены в нижней части ее основания в узле сопряжения с дреной 6. Трубы 1 и 3 в верхней части имеют съемную фильтрующую крышку 7. Высота фильтрующих труб 1 и 3 ограничена сверху пахотным слоем 5 мощностью 30-40 см для предотвращения разрушений почвообрабатывающими механизмами, а также возможности осушения поглощающими трубами подпахотного слоя. Фильтрующие V-образной формы трубы 3 имеют уклон в сторону соединения с вертикальной трубой 1 вместе соединения с дреной 3. Таким образом, образуется дренажное устройство в виде «раскрытого лепестка».

Дренажное устройство слабопроницаемого грунта работает следующим образом.

Поверхностная вода слоем h поступает через пахотный слой (горизонт) 5 в засыпку между фильтрующими трубами 1 и 3, из которого она собирается дополнительными V-образной формы перфорированными трубами 3 с дырчатыми отверстиями 4 и вертикальной трубы 1, снабженной конусными отверстиями 2 с фильтрующими крышками 7. При этом отверстия 4, просверленные наклонно под углом 30-40 градусов к основанию подошвы пахотного слоя 5, заставляют воду при избыточном напоре двигаться вовнутрь перфорированной трубы 3. Скорость по направлению к ним возрастает из-за наклона трубы к дрене 6. Благодаря тому что вертикальная перфорированная труба 1 снабжена только конусными отверстиями 2, меньшее основание которых направлено вовнутрь трубы 1, происходит перераспределение оттока воды между наклонной 3 и вертикальной 1 трубами. В результате чего водозаборная приемная часть дрены 6 в узлах сопряжения с трубами приобретает площадь, большую, чем выход из цилиндрической вертикальной трубы 1. Происходит соударение потоков, и они гасятся, благодаря чему достигается уменьшение удельного давления на дно дрены 6.

Применение данного дренажного устройства при осушении слабопроницаемых грунтов существенно усилит осушительное действие дренажа и уменьшит затраты на строительство, поскольку не потребуется устройства формирования сложной многогранной дорогостоящих из сыпучего материала фильтрующих дисков по длине дрены на осушительной системе и при этом учитывать литологическое строение грунтов и гидрологические условия при проектировании и строительстве таких систем. Наличие дополнительных V-образной формы перфорированных труб, установленных и соединенных в основании с вертикальной трубой в узлах сопряжения с дреной, во-первых, увеличит водоприемную фильтрующую поверхность, во-вторых, перемещение жидкости по наклону отверстий способствует жидкости поступать под углом в водозаборное отверстие дрены, в-третьих, прочность дна дрены обеспечивается соударением струй воды, выходящих из наклонных труб, и смещение струй к центру вертикальной трубы, где они гасятся падающим оттоком воды последней. Таким образом, функциональные возможности и конструктивные особенности строительства позволяют использовать дренаж не только при осушении сельскохозяйственных полей, но и при строительстве подземных частей зданий и сооружений.