CC BY
22УДК 621.151.2
А. В. Ищенко, П. В. Петров (ФГБОУ ВПО «НГМА»)
РАЗРАБОТКА И НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ НОВЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ ЗАКРЫТОГО ДРЕНАЖА ФУНДАМЕНТОВ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
В статье приведен анализ существующих схем, типов и конструкций дренажа. Приводится методика проведения фильтрационных исследований методом электрогид-родинамических аналогий. Рассмотрены конструктивные элементы, их выполнение и работа предлагаемого дренажа. Приведены расчеты параметров дренажа, определено, исходя из обеспечения сухой работы подземного этажа здания, где предусматривается, например, подземная стоянка транспорта в условиях высокого стояния уровня грунтовых вод.
Ключевые слова: горизонтальный дренаж, кольцевой дренаж, пластовый дренаж, комбинированный дренаж, вертикальные собиратели.
A.V. Ishchenko, P. V. Petrov (FSBEE HPE “NSMA”)
DEVELOPMENT AND SCIENTIFIC BASIS FOR NEW CONSTRUCTIVE SCHEMES OF CLOSED DRAINAGE FOR FOUNDATIONS OF BUILDINGS AND STRUCTURES
Analysis of scientific and technical literature on existing schemes, types and constructions of drainage are given in the article. Methods of carrying out filtrations studies by the way of electro-dynamic research are presented. Constructive elements, their making and operation of the proposed drainage are considered. Calculations of drainage parameters determined on the basis of providing dry work for ground floor of the building where, for instance, underground transport parking is foreseen under conditions of high groundwater level are given.
Keywords: horizontal drainage, annular drainage, layer drainage, combined drainage, vertical collectors.
По заданию ОАО Институт «Ростовский ПромстройНИИПроект» Международного Конгрессного Центра (МКЦ) в г. Ростов-на-Дону учеными ФГБОУ ВПО «НГМА» было выполнено обоснование конструкции защитного дренажа подземного этажа здания, где была предусмотрена подземная стоянка транспорта.
Дренажная система подвального этажа МКЦ находится в условиях значительного заглубления подвала (днище подвала заглублено на 8,0-10,0 м) и высокого стояния грунтовых вод (глубина грунтовых вод относительно днища подвала изменяется от 3,80 до 6,90 м).
В настоящее время здание МКЦ находится в заключительной стадии
строительства (рисунок 1). Оно расположено в центральной части города Ростов-на-Дону в восточной части квартала, ограниченного с севера ул. Суворова, с юга - ул. Б. Садовая, с востока - пер. Крепостной, с запада примыкает к существующему зданию гостиницы «Интурист», с юга здание МКЦ примыкает к памятнику архитектуры и истории федерального значения (бывший дом Мартыновых), который в настоящее время также реставрируется.
слева - недостроенное здание; справа - находящийся на реставрации музей-памятник архитектуры
Рисунок 1 - Здание Международного Конгрессного Центра
Задачей исследований плановых схем фильтрации дренажа явилось определение основных характеристик фильтрационного потока: величины расхода и активной зоны дренажа.
Известно, что наиболее эффективным дренажом зданий и подземных гаражей является комбинированный дренаж, представляющий собой сочетания всех известных традиционных конструкций дренажей.
По результатам фильтрационных исследований, выполненных методом ЭГДА, установлено, что для модели с комбинированным кольцевым дренажем ширина активной зоны фильтрации, суммарный расход и понижение УГВ для одних и тех же параметров подвала здания максимальные.
Для обоснования конструкции защитного дренажа были выполнены фильтрационные расчеты для различных вариантов дренажа, в том числе и схемы комбинированного дренажа. Также были изучены две конструкции комбинированного дренажа, совмещенного с пластовым дренажем (рисунок 2).
I вариант
II вариант
I вариант: 1 - горизонтальный кольцевой дренаж с трубчатой дреной диаметром 200 мм и гравийной обсыпкой 500*500 мм, обернутой геотекстилем; 2 - вертикальные собиратели грунтовых вод из перфорированных пластмассовых труб диаметром 100 мм через 1,4 м, обернутых геотекстилем; 3 - пластовый дренаж под днищем подвала с фильтрующей обсыпкой из щебня толщиной 200-500 мм; 4 - приямок для приема дренажных вод; 5 - засыпка крупнозернистым песком Кф > 5 м/сут.; 6, 7 - гидроизоляция стен и днища подвала из двух слоев стеклорубероида; 8 - сваи; 9 - шпунтовая стенка
II вариант: 2 - сплошная перегородка, прикрепленная к шпунтовой стенке; 3 - дренажной слой из стекломатов толщиной 50 мм
Рисунок 2 - Конструкции комбинированного дренажа
На рисунке 2 представлен I вариант комбинированного защитного дренажа, включающего кольцевой горизонтальный дренаж с вертикальными собирателями, совмещенный с пластовым дренажем под фундаментной плитой, и II вариант, дополнительно включающий дренажный слой из стекломатов.
Более подробно рассмотрим I вариант комбинированного дренажа, который состоит из горизонтального кольцевого дренажа, вертикальных собирателей грунтовых вод и пластового дренажа под днищем подвала.
К горизонтальным дренам через расстояние 1,4 м подсоединяются вертикальные перфорированные пластмассовые трубы диаметром 100 мм, обернутые защитно-фильтрующим материалом, которые служат для свободного отвода грунтовых вод сверху вниз к горизонтальным дренам.
Высота труб вертикальных собирателей принимается из расчета их работы при высоком стоянии УГВ в пределах 6,0-8,5 м.
Особенность расчета комбинированного дренажа заключается в дополнительном притоке грунтовых вод в вертикальные собиратели, которые можно считать совершенными скважинами с односторонним притоком.
С учетом вышеизложенного односторонний приток грунтовых вод к вертикальному собирателю можно найти по формуле:
где kпр1 - приведенный коэффициент фильтрации грунтов основания м/сут.; Н - напор грунтовых вод; hc - глубина воды в собирателе;
R - радиус влияния дренажа; г0 - радиус трубы собирателя.
Тогда суммарный приток грунтовых вод к комбинированному дре-
(1)
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 3(11), 2013 г., [107-114] нажу, совмещенному с пластовым дренажем, будет равен:
Q б = Q + Q + Q б. (2)
^сум.комо.др ^сум.кольц.гор.др ^сум.пл.др ^сум.верт.соо V /
Было изучено влияние вертикальных собирателей грунтовых вод на приток грунтовых вод к комбинированному дренажу, которое проводилось на фрагментах плановых моделей с расположением вертикальных собирателей через 1,4; 2,8; 4,2 м. Установлено, что за счет применения вертикальных собирателей эффективность работы комбинированного дренажа повышается более чем на 30 %.
Сравнивая расчетный дренажный расход с расходом, полученным методом ЭГДА, и с данными натурных наблюдений с уже действующего дренажа подвала МКЦ, установлено, что расход притока грунтовых вод находится в пределах 340-415 м /сут. (или 4,0-4,8 л/с). При этом вертикальные собиратели устраиваются через 2,8 м.
Для эффективности работы дренажа важно плановое размещение дренажа и схема отвода дренажных вод (рисунок 3). При более частом расположении собирателей (с общим количеством 250) расход в дренажную систему увеличится до 559,21 м /сут. или до 6,5 л/с.
На строящемся комплексе при проведении натурных обследований объекта установлено, что дренаж работает, водосборный колодец (рисунок 4) заполняется дренажной водой, и она периодически откачивается в городскую ливневую канализацию.
Для повышения эффективности работы дренажа нами предлагается к построенной дренажной системе применить принудительную откачку воды из вертикальных собирателей 2 насосом 10 (рисунок 5).
Применение принудительной откачки обеспечит быстрый отвод воды и понижение в нужный момент депрессионной кривой в период высокого стояния уровня грунтовых вод.
1 - комбинированный дренаж (горизонтальные дренажные трубы с вертикальными собирателями через 1,4 м); 2 - горизонтальный дренаж; 3 - сплошной пластовый дренаж под днищем подвала; 4 - смотровые дренажные колодцы; 5 - основной водосборный колодец; 6 - резервный водосборный колодец; 7 - насос перекачки;
8 - резервный насос; 9 - ливневая канализация
Рисунок 3 - Схема устройства дренажа подвального этажа
Рисунок 4 - Основной водосборный дренажный колодец
1 - горизонтальный кольцевой дренаж; 2 - вертикальные собиратели; 3 - пластовый дренаж; 4 - приямок; 5 - стеклорубероид; 6 - стена; 7 - днище подвала; 8 - сваи;
9 - шпунтовая стенка; 10 - насос
Рисунок 5 - Конструкция комбинированного дренажа, совмещенного с пластовым дренажем с принудительной откачкой воды из вертикальных собирателей
Наблюдения за работой дренажа продолжаются. В начале весны в пределах строящегося здания были проведены отборы проб грунта, проводится их обработка, также будут продолжены наблюдения за дренажным расходом путем замеров наполнения и откачки воды из водосборного дренажного колодца.
Выводы.
На основании натурных исследований, в условиях подпора грунтовыми водами предложены следующие технические решения:
- для защиты подвального этажа здания от подтопления грунтовыми водами внедрена конструкция комбинированного дренажа, включающего кольцевой горизонтальный дренаж и вертикальные собиратели грунтовых вод, совмещенного с пластовым дренажем;
- пластовый дренаж под днищем подвала устроен в виде сплошной
фильтрующей постели из щебня размером 1-3 см с расчетным уклоном к горизонтальным кольцевым дренам i = 0,01- 0,003;
- схема планового размещения дренажа включает основной водосборный колодец и резервный колодец, откуда дренажные воды перекачиваются в ливневую канализацию.
Ищенко Александр Васильевич - доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГБОУ ВПО «НГМА»), заведующий кафедрой.
Контактный телефон: 8 (8635) 22-26-96.
E-mail: [email protected]
Ishchenko Aleksandr Vasilyevich - Doctor of Technical Sciences, Professor, Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education “Novocherkassk State Meliorative Academy” (FSBEE HPE “NSMA”), Head of the Chair.
Contact telephone number: 8(8635) 22-26-96.
E-mail: [email protected]
Петров Павел Владимирович - Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Новочеркасская государственная мелиоративная академия» (ФГБОУ ВПО «НГМА»), аспирант.
Контактный телефон: 8 (8635) 22-26-96 E-mail: [email protected]
Petrov Pavel Vladimirovich - Federal State Budget Educational Establishment of Higher Professional Education “Novocherkassk State Meliorative Academy” (FSBEE HPE “NSMA”), Postgraduate Student.
Contact telephone number: 8 (8635) 22-26-96.
E-mail: [email protected]
