CC BY
21Шумаков И. В., канд. техн. наук, проф., Обухов В. В., аспирант
Харьковский национальный университет строительства и архитектуры
ОРГАНИЗАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА УСТРОЙСТВА ДРЕНАЖНЫХ СИСТЕМ ЗДАНИЙ: АСПЕКТ КАЧЕСТВА РАБОТ
shumakov.hisi@gmail.com
В статье проанализированы, обследованы и классифицированы повреждения и дефекты дренажных систем зданий, выявленные на разных этапах устройства дренажа.
Рассмотрены аспекты контроля качества работ и указаны профилактические организационно-технические мероприятия.
Ключевые слова: дренажные системы, дефекты, кольматация, барражный эффект, фильтрующий материал, суффозия, фракция._
Основным профилактическим и защитным мероприятием по инженерной защите зданий и сооружений от подтопления является устройство дренажной системы, эффективность которой зависит от надежной работы всех его элементов.
Исследования проблем подтопления в Харьковском регионе за последние 25-30 лет свидетельствуют о том, что процессы подтопления территорий имеют необратимый характер и динамично прогрессируют [1].
Большинство причин этих процессов связано с неблагоприятными техногенными воздействиями на подземную гидросферу, среди которых:
- зарегулированность рек и ручьев, приводящая к снижению скорости стока, кольматации и уменьшению дренирующей способности русла;
- барражный эффект, вызывающий локальное поднятие грунтовых вод;
- нарушение поверхностного стока;
- потери из водопроводных и канализационных сетей;
- образование конденсата в зоне аэрации за счет асфальтных покрытий и увеличения площади застройки;
- нерегулируемые поливы газонов и приусадебных участков, увеличивающие инфиль-трационное питание грунтовых вод;
- нарушение баланса городского водоот-ведения и водопотребления.
Процесс подтопления является комплексным, поэтому к последствиям природно-техногенного характера следует добавить отказ работы дренажных систем по причине возникновения различных дефектов и повреждений, появившихся на разных этапах их жизненного цикла.
В инженерной практике доминируют повреждения и дефекты горизонтальных дренаж-
ных систем зданий, причины которых можно классифицировать. Уменьшить вероятность их возникновения позволяют запланированные организационно-технологические мероприятия (табл. 1).
Недостаточен также уровень организационно-технической подготовки процессов устройства дренажей. Организационные и технологические решения проекта производства работ (ППР) не всегда базируются на современных методах выполнения работ, причем основные технологические операции, использование машин, механизмов и трудовых ресурсов зачастую не оптимизируются. Необходимо отметить, что отсутствие или формальное выполнение функций входного, операционного и приемочного контроля оказывает дестабилизирующее воздействие на культуру производства, соблюдение технологии и проектных решений при выполнении работ по устройству дренажа.
Рассмотрим подробнее ряд дефектов дренажных систем, возникающих во время возведения зданий и сооружений.
Некоторые повреждения дренажа возникают в результате аварийных ситуаций при проведении земляных работ. Устойчивость откосов котлована - весьма типичная проблема, особенно, если они почти вертикальны и не закреплены. Примером может служить обрушение откосов котлована глубиной 5 м при устройстве гравийной постели пластового дренажа на одном из строящихся объектов Харькова (рис. 1). В результате этого произошло засорение грунтом фильтрующего гравийного материала. Основной причиной аварийной ситуации послужило нарушение требований нормативов безопасного производства работ, при котором рекомендованная максимальная крутизна откоса в глинистых необводненных грунтах не более 63[3,
4].
Таблица 1
Классификация дефектов, нарушающих функционирование горизонтального дренажа _и основные профилактические мероприятия
Группа причин Основные дефекты Профилактические мероприятия
Ошибки проектирования - недостаточный объем опытных и изыскательских работ; - ошибки при выполнении камеральных работ; - ошибки в расчетах, выборе конструкций дренажа, фильтрующих материалов, схем дренирования; - несоблюдения строительных норм и стандартов - проведение дополнительных изысканий и расчетов; - применение более эффективных материалов в конструкциях дренажа; - применение сведений об эксплуатируемых зданиях, расположенных поблизости; - прогнозные расчеты; - экспертиза проекта
Строительные дефекты - засорение фильтрующего материала; - несоответствие фракции и низкое качество фильтрующего материала; - несоблюдение геометрических параметров фильтрующей обсыпки; - заводские дефекты дренажных элементов; - механические повреждения элементов дренажа; - низкое качество и дефекты заделки стыков, герметизации соединений; - несоблюдение проектных решений и проектных уклонов; - несоответствие грунта обратной засыпки - разработка ППР и технологических карт; - входной контроль материалов и элементов конструкций дренажной системы; - соблюдение технологического регламента устройства дренажной системы; - авторский и технический надзор; - осмотр дренажной системы перед сдачей в эксплуатацию; - устранение выявленных дефектов и неисправностей
Неправильная эксплуатация - несоблюдение правил эксплуатации сооружений инженерной защиты [2]; - отсутствие планово-предупредительных ремонтов - технический осмотр дренажной системы не реже одного раза в месяц [2]; - внутренний осмотр дренажей и насосных станций не реже двух раз в год [2]; - очистка и промывка труб, колодцев не реже одного раза в месяц [2]; - утепление выпусков и колодцев на зимний период; - наблюдение за работой дренажной системы, включая замеры притоков воды и наличия наслоений; - текущий и капитальный ремонт дренажной системы
Естественные причины - изменение гидрогеологической ситуации территории дренирования; - разрушение дрен и образование обратных уклонов при просадках грунта; - снижение проницаемости при уплотнении грунта; - проникновение корневых тканей в дрену; - химическая коррозия; - естественный износ элементов дренажной системы
Рис. 1. Засорение фильтрующего материала грунтом: 1 - обрушение откоса; 2 - смешивание глинистого грунта с щебнем
Данный дефект устраняется обязательными мероприятиями: выемкой уложенного, в т.ч., засоренного грунтом гравийного материала по периметру котлована на расстоянии 2^2,5 м от подошвы откоса, проведением работ по уменьшению крутизны откоса, промывкой засоренного щебня и обратной его укладкой.
Некоторые дефекты пристенного дренажа связаны с использованием строительного мусора в качестве обратной засыпки, который способствует засорению и кольматации фильтрующей обсыпки (рис. 2).
Как известно, обсыпка, используемая в конструкциях дренажей, осуществляет захват (каптаж) подземных вод и относится к основным элементам горизонтального дренажа. Состав песчано-гравийных фильтрующих обсы-
пок следует обоснованно подбирать, чтобы исключить суффозию и кольматаж системы. Для надежного функционирования дренажа гравийный материал для дренажной обсыпки должен состоять из продуктов дробления изверженных пород, особо прочных кремнистых известняков, хорошо сцементированных песчаников с удельным весом не менее 20 кН/м3 (2 т/м3) и временным сопротивлением сжатию не менее 60 МПа, нерастворимым в воде. При этом применяемые частицы игловатой и плитчатой формы будут снижать показатели долговечности дренажа. В качестве песчаного материала обоснованно применяется природный песок с коэффициентом фильтрации не менее 5м/сут [5].
Рис. 2. Устройство обратной засыпки пристенного дренажа с использованием строительного мусора
Часто возникают эксплуатационные нарушения дренажа, при которых в качестве гравийного материала обсыпки был использован слабопрочный известняковый щебень с пределом прочности >40 МПа, который под действием внешней среды подвергается химическому и механическому разрушению (рис. 3, а).
Качество фильтрующих материалов, их функциональные характеристики зависят от процесса их заготовки. Необходимость произвести сортировку в соответствии с проектным гранулометрическим составом всегда является актуальной задачей. Процесс сортировки выполняется на строительном участке при помощи переносных и стационарных сортировок и грохотов, рабочей поверхностью которой выступают сита или решета. Подбор обсыпок требует учитывать максимальную однородность состава. Для предотвращения суффозионного выноса частиц грунта соотношение значений средних диаметров частиц прилегающего к грунту слоя обсыпки и самого грунта определяется значением структурного коэффициента, который характеризуется формулой [6]:
^ Бъо
С = —-, (1)
а 50
где С - структурный коэффициент (отношение размеров зерен обсыпки к размерам водоносного грунта); Б50 - среднее значение диаметра частиц (мм), меньше которого содержится в обсыпке 50 % частиц по весу; а50 - среднее значение диаметра частиц (мм), меньше которого содержится в грунте 50 % частиц по весу. в
Рис. 3. Организационно-технологические нарушения при устройстве дренажной обсыпки: а - известняковый щебень в качестве фильтрующего материала [8]; б - фракция гравия 5^90 не соответствует проектной 5^10; в - отсутствие водопонижения при укладке дренажа в водонасыщенных малосвязных грунтах
Коэффициент неоднородности материала обсыпки должен быть в пределах 5^10.
Установлено, что толщина слоя обсыпки в лабораторных условиях может быть ограничена 35 мм, при этом рекомендуемая толщина для производства от 100 до 150 мм [6]. При устройстве обсыпки профиль измеряется шаблоном, тем не менее, довольно распространена ситуа-
ция, при которой размеры и профиль не выдерживаются.
В практике строительства для внутреннего слоя обсыпок используют щебень с крупностью фракций 3^10 мм, внешнего слоя и песчаных призм - песок с коэффициентом фильтрации не меньше 5 м/сут [7]. В пластовом дренаже используют щебень с крупностью фракций
б
а
3^20 мм (коэффициент неоднородности - не больше 5), а также среднезернистый и крупнозернистый песок.
Обсыпка из разнородного материала (рис. 3, б), выполненная с проектными нарушениями в большей степени подвержена кольма-тажу и имеет низкую водопроницаемость.
Как показали исследования, укладка дренажа с фильтрами из нетканого геотекстиля в разжиженные малосвязные и связные грунты, а также в разжиженные мелкозернистые пески а
при отсутствии водопонижения приводит к механической кольматации частицами грунта фильтра, в результате чего происходит снижение коэффициента фильтрации (рис. 3, в).
При обследовании горизонтальных дренажей на различных этапах строительства выявлены дефекты дренажных труб и колодцев, связанные с нарушениями при входном контроле, транспортировке, складировании, технологии монтажа и несоблюдении проектных решений (рис. 4). б
Рис. 4. Нарушения при монтаже дренажных труб и смотрового колодца: а - некачественная сборка дренажных труб в плеть; б - механические повреждения дренажной трубы; в - нарушение целостности и герметичности элементов смотрового колодца; г - отсутствие гидроизоляционной защиты от коррозионных процессов смотрового бетонного колодца
Один из естественных факторов, влияющих на нарушение гидравлического режима в дренах, связан с проникновением корневых тканей
в полость дрены
л (рис. 5).
Рис. 5. Засорение дренажной трубы корневыми тканями
В засушливый период это вызвано относительно высокой влажностью почвы вблизи дрен, а во время влажного периода - наличием воды в трубопроводе. В этом случае применение тру-бофильтров из полимерно-волокнистых материалов (ПВМ) исключает возможность возникновения такого дефекта [9].
Дефекты горизонтального дренажа и причины нарушения дренажного стока определяют во время наружного и внутреннего осмотра [6,8].
Дренажный трубопровод осматривается визуально, с помощью лампы и зеркала (упрощенный метод); если ситуация осложнена - возможно применение средств видеодиагностики (телеинспекции) (рис. 6).
Телеинспекционный метод более эффективен, он позволяет обнаружить небольшие трещины, деформацию, засорение, определить точ-
в
г
ное местоположение, характер дефекта и состояние трубопровода вокруг дефекта для принятия решения о локальном ремонте, профилактике или замене участка трубопровода. Применение
этого метода целесообразно при осуществлении организационно-технологических мероприятий по контролю качества монтажа дренажных систем, а также во время их эксплуатации.
Рис. 6. Общий вид оборудования видеодиагностики и изображение состояния трубопровода на экране монитора
Выводы:
Установлено, что эффективность работы дренажа во многом зависит от организационно-технологических решений, способствующих повышению качества работ. Вопросы организационно-технологической подготовки процессов производства дренажных работ должны быть комплексными, входить специальным разделом в проект производства работ и выполняться на основе разработанных технологических карт или технологических регламентов.
В результате исследований классифицированы наиболее характерные дефекты дренажей, возникающие на разных стадиях подготовки, строительства и эксплуатации.
Предложен комплекс профилактических мероприятий, направленных на предотвращение появления дефектных ситуаций и увеличение долговечности функционирования дренажных систем.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Подтопление в населенных пунктах Харьковской области / Г. Г. Стрижельчик, Ю. П. Соколов, И. А. Гольдфельд и др.; под ред. В. Я. Шевчук. - Х., 2003. - 160 с.
2. Правила експлуатацп споруд шженерно-го захисту територш населених пунктов вщ шд-топлення: затвердженно наказом Мшрегюнбуд Украши №23 вщ 16.01.2012 / Офщшний вюник Украши. - Ки!в: ДП "Украшська правова ш-формацiям, 2012 . - № 13. - С. 117.
3. ДБН А.3.2-2-2009. Охрана труда и промышленная безопасность в строительстве. Основные положення: ДБН А.3.2-2-2009. - Введ. с 01.04.2012. - Киев: Минрегионстрой Украины, 2012. - 135 с.
4. СНиП 3.02.01-87. Земляные сооружения, основания и фундаменты: СНиП 3.02.01-87. -Введ. с 01.07.88. - М.: ГУП ЦПП, 2004. - 124 с. - ISBN 5 -88111-112-5.
5. Абрамов С. К. Подземные дренажи в промышленном и городском строительстве / С. К. Абрамов: Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1973. - 280 с.
6. Дренаж промышленных площадок и городских территорий / С. К. Абрамов, Л. Р. Най-фельд, О. Б. Скиргелло; ред. С. К. Абрамов. -М.: Гос. изд-во лит. по стр-ву и архитектуре, 1954. - 426 с.
7. Клиорина Г. И. Дренаж территории настройки / Г.И. Клиорина. - СПб.: СПбГАСУ, 2006. - 207 с.: ил. - ISBN 5-9227-0053-7.
8. Хильмер Клаус. Повреждение подземных конструкций: пер. с нем. / Клаус Хильмер; под общ. ред. А. И. Маркова. - Запорожье: ООО «ВПО Заш^жжя», ООО «Настрой», 2009. - 408 с. - ISBN 978-966-7732-76-9.
9. Шумаков И. В. Анализ решений по применению полимерных материалов для дренажных систем зданий / И. В. Шумаков, В. В. Обухов // Науковий вюник бущвництва. -2012. - Вип. 70. - ХНУБА. - С. 160-168.
