Результат интеллектуальной деятельности: Пристенный дренаж

Изобретение относится к строительству и может быть использовано для защиты от грунтовых вод подземных частей зданий и сооружений, в основании которых присутствует слой торфа.

Известно, что торф характеризуется высокой пористостью, низкими прочностными свойствами и значительной сжимаемостью, поэтому до начала строительства на поверхность торфяной залежи отсыпают или намывают слой песка. Опыт эксплуатации зданий, транспортных и других сооружений показывает, что деформации торфа под насыпью продолжаются в течение десятилетий. В частности, длительные наблюдения на опытном участке показали, что через 5 лет после отсыпки насыпи осадка торфа происходила со скоростью 4-8 см/год. Осадка не прекратилась и через 10 лет – скорость деформаций торфа достигла 1,5-2 см/год [А.Л. Невзоров, А.В. Никитин, А.В. Заручевных. Город на болоте. Архангельск: ИПЦ САФУ, 2012.- с.74-77].

В связи со столь значительными и продолжительными деформациями слоя торфа не только здания и сооружения, но и все подземные коммуникации, включая дренажи, устраиваются на свайных фундаментах [А.Л. Невзоров, В.Н. Кубасов. Геологическая среда Архангельска и особенности ее взаимодействия с инженерными сооружениями. – Геоэкология. № 2, 2001.- с.116-121].

Известна конструкция пристенного дренажа, включающая сваи, ростверк, уклонообразующий слой бетона, перфорированную трубу, обсыпку трубы из щебня и фильтр из геотекстиля, например дорнита, отделяющего щебень от грунта обратной засыпки [Руководство по проектированию дренажей зданий и сооружений. – М.: Москомархитектура, 2000, рис. 15, стр. 48. – аналог].

Данной конструкции свойственны высокие материалоемкость и стоимость из-за необходимости устройства свайного фундамента. Недостатком является также кольматация защитно-фильтрующего материала и водоприемных отверстий дрен пылевато-глинистыми частицами и органикой, выносимыми потоком грунтовых вод [А.И. Митрахович, Э.Н. Шкутов, В.М. Макоед и др. Работоспособность геотекстильных защитно-фильтрующих материалов дренажа. – Мелиорация. № 1, 2014.- с.177-184]. Это приводит к существенному снижению водоприемной способности дренажа [А.И. Митрахович, И.Ч. Казьмирук. Подбор фильтров дренажа для мелиоративных систем. – Мелиорация. № 1, 2015.- с.54-67].

Известен дренаж, в котором для защиты от кольматации покрытие дренажной трубы выполняется двумя слоями волокнистого фильтрующего материала с различными размерами пор, средний размер которых в наружном слое примерно в 1,5 раза меньше, чем в слое, прилегающем к трубе [Авт. св. СССР, № 1612046, МПК Е 02 В 11/00, 1990 – аналог].

Как и в предыдущем случае, несмотря на двухслойный фильтр, переносимые потоком грунтовых вод частицы неизбежно будут накапливаться на волокнистом материале, ухудшая его водопроницаемость и снижая эффективность дренажа.

Известен дренаж закрытого типа, содержащий перфорированные трубы, уложенные в слой крупнообломочного фильтрующего материала (щебня и гравия) и колодцы, где перфорация труб выполнена лишь в нижней - лотковой части, а крупнообломочный материал изолирован сверху и с одной из сторон водонепроницаемой пленкой [Патент РФ № 2424401, МПК E 02 D 31/02, 2011 – аналог].

Недостатком конструкции является снижение водоприемной способности дренажа из-за расположения отверстий лишь в нижней части трубы и изоляции фильтра из крупнообломочного материала водонепроницаемой пленкой с двух сторон. Кроме того, иловые отложения благодаря наличию отверстий в лотковой части трубы будут накапливаться под ней в крупнообломочном материале, препятствуя притоку воды в дрену.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по конструктивному решению крепления к конструкциям здания является пристенный дренаж Г-образной формы из пористого бетона, закрепляемый на обрезе фундамента здания. В первый период работы дренажные воды поступают в трубы через пористые стенки и водоприемные отверстия, а по мере кольматации пор в стенках - только через водоприемные отверстия [Авт. св. СССР № 1569391, МПК E 02 D 29/10, 1990 – прототип].

Закрепление дренажа на фундаменте здания исключает затраты по устройству для него свайного фундамента, однако из-за расположения его на обрезе Г-образные трубы будут воспринимать дополнительные нагрузки от веса грунта, «зависающего» над ними при осадке торфа в основании, что может привести к разрушению стенок трубы из пористого бетона. Кольматация пор в стенках труб существенно снижает водоприемную способность дренажа, а поступление воды в трубы через отверстия при отсутствии фильтра приводит к их заиливанию.

Помимо этого, размещение дренажа на обрезе плиты фундамента или на ростверке ограничивает глубину водопонижения, а значит и глубину подвала. Следует учитывать также необходимость прокладки труб с продольным уклоном. При длине здания, например, 100 м и продольном уклоне 0,003-0,005 перепад отметок дренажной трубы составит 30-50 см. Именно на эту высоту потребуется дополнительно приподнять дренаж над обрезом фундамента или верхом ростверка за счет уклонообразующего слоя бетона, что опять-таки ограничивает глубину водопонижения.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение надежности работы дренажа, увеличение глубины водопонижения и сохранение его водоприемной способности в процессе его эксплуатации.

Задача решается за счет размещения дренажной трубы под ростверком свайного фундамента здания и выполнения фильтра двухслойным, внутренний слой которого закреплен на трубе неподвижно, а наружный – посредством разъемного соединения, например, с помощью текстильной крючковой ленты (ленты Velcro), причем наружный слой имеет свободный конец, защемленный в обсыпке дрены из крупнообломочного материала.

Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 дан поперечный разрез дренажной трубы, на фиг. 2 – конструкция и положение элементов дренажа в исходном состоянии, на фиг. 3 – конструкция и положение элементов дренажа в результате деформации слоя торфа в основании, на фиг. 4 – вид на дренаж спереди.

Дренаж включает дренажную трубу 1, обернутую двумя слоями волокнистого фильтрующего материала, например геотекстиля, - внутренним 2 и наружным 3. Внутренний слой 2 неподвижно закреплен на поверхности трубы с помощью хомутов 4, наружная поверхность которых покрыта, например, текстильной лентой с микрокрючками (лентой Velcro или лентой-липучкой). Наружный слой 3 удерживается на трубе за счет сцепления волокнистого материала с поверхностью хомутов. Наружный слой фильтрующего материала имеет длину большую длины окружности дренажной трубы, что обеспечивает наличие свободного конца полотна 5, не контактирующего с хомутами. На крае свободного конца полотна может размещаться стержень 6, играющий роль анкера.

Дренажная труба, покрытая двумя слоями волокнистого фильтрующего материала, подвешивается с помощью кронштейнов 7 под ростверком 8 свайного фундамента здания на нужной высоте и с нужным уклоном. Возможно крепление трубы не только к ростверку, но и к сваям 9. В месте размещения кронштейнов наружный слой фильтрующего материала 3 вырезается.

Свободный конец полотна фильтрующего материала 5 с анкерным стержнем 6 закладывается в дренирующую обсыпку из крупнообломочного материала 10 – щебня или гравия. Обратная засыпка фундамента и дренажа выполняется, как правило, песком 11.

Кроме названных элементов дренажа, на чертежах показаны опирающиеся на ростверк стены подвала 12 и пол подвала 13, а также слой торфа в основании 14.

Пристенный дренаж работает следующим образом.

При деформации слоя торфа 14 в основании здания перемещается вниз вышележащий насыпной грунт 11, дренирующая обсыпка из крупнообломочного материала 10 и защемленный в нем свободный конец полотна фильтра из волокнистого материала 5 с анкерным стержнем 6. При этом подвергшийся кольматации в начальный период эксплуатации наружный слой фильтрующего материала 3 по мере перемещения окружающего грунта и обсыпки постепенно стягивается с поверхности трубы 1. Освобожденные участки незакольматированного внутреннего слоя фильтрующего материала 2 обеспечивают дальнейшую нормальную работу дренажа.

Размещение дренажа под ростверком свайного фундамента здания исключает его повреждение от нагрузки, создаваемой вышележащим грунтом, а образование под ростверком полости 15, высота которой равна величине осадки слоя торфа, способствует притоку воды к дренажу. Кроме того, размещение дренажа способствует увеличению глубины водопонижения, по сравнению с установленным на обрезе фундамента.

Предлагаемая конструкция пристенного дренажа обеспечивает надежную защиту подземных частей зданий от грунтовых вод при длительных осадках торфа в основании и кольматации фильтров частицами, переносимыми потоком грунтовой воды.