Осушительные устройства и сооружения

В соответствий с применяемой терминологией все осушитель­ные устройства и сооружения, используемые в качестве средств противоналедной борьбы, разделяют на дренажные и каптажные.

К дренажным противоналедным устройствам относится от­крытый дренаж в виде осушительных канав и лотков, а также закрытые дренажи-преградители с водонепроницаемыми экра­нами и перфорированными трубами с засыпным фильтром, с трубофильтрами из фильтрационного бетона, из дренажных экран­ных плит из фильтрационного бетона, из сборных шпунтовых дренажных элементов из фильтрационного бетона, из сборных экранных электроосмотических элементов криогенной конструк­ции.

Открытый дренаж в виде осушительных канав и лотков (рис. 11.3) рекомендуется применять на сильно заросших таежной растительностью бортах речных долин и горных склонов с нали­чием заболоченных террас, подстилаемых элювиально-делюви­альными отложениями.

Рис. 11.3. Открытый дренаж в виде осушительных канав и лотков: 1— поверхность наледи до устройства открытых дренажных канав; 2 — осушительныеканавы

Как правило, борьба с такими наледями очень затруднена, так как даже хорошо выполненные противоналедные дренажи закрытого типа не всегда могут поглотить все горизонты подзем­ных вод или необходимо устраивать несколько ярусов, в то вре­мя как открытые канавы и лотки легко справляются с этой за­дачей.

Кроме того, открытые дренажи являются особенно эффектив­ными в условиях смешанного питания наледей поверхностными и подземными водами, то выходящими на поверхность из глыбово-россыпных отложений склонов, то вновь поглощаемыми ими.

Для успешного применения таких средств противоналедной борьбы можно также рекомендовать использовать на водоот­водных участках сборные железобетонные лотковые элементы в виде полуколец с откидными крышками со слоями эффективно­го утеплителя, например пенопластового (рис. 11.4).

Закрытые дренажи с водонепроницаемыми экранами традиционно применяют для борьбы с наледями грунтовых вод. Они представляют собой перфорированные керамические, асбо­цементные или фанерные трубы со слоем фильтра и дренирующей засыпки, укладываемые в траншеи глубиной 2-4 м. Основной особенностью этих дренажей является наличие со стороны защи­щаемого сооружения водонепроницаемого экрана из' мятой гли­ны или дощатых шпунтовых щитов с наклеенными на них слоями гидроизоляции из рубероида или мешковины на битумной масти­ке.

Качественное устройство правильно запроектированных противоналедных дренажных сооружений такой конструкции почти полностью гарантирует ликвидацию наледного образования, од­нако требует применения ручного труда. Кроме того, в сложных грунтовых условиях, когда необходимо усиленное крепление стенок траншей, обеспечить качественное выполнение работ затруд­нительно, а доставка дренирующего грунта, перфорированных труб и других материалов на косогорные участки требует пред­варительного устройства временных подъездов, осуществление которых уже само по себе может вызвать появление новых нале­дей.

Несмотря на большую тру­доемкость устройства таких дренажных сооружений и высо­кую стоимость, их долговечность на участках вечной мерзлоты бывает невелика.

Закрытые дренажи с труба­ми из фильтрационного бетона (трубофильтрами) представляют собой долговеч­ную и надежную конструкцию, не требующую устройства креп­ления стенок траншей и позво­ляющую полностью механизиро­вать работы благодаря приме­нению специальных дренажеров-укладчиков.

Закрытые дренажи из экранных плит фильтрационного бето­на позволяют полностью механизировать работы по устройству дренажей, в том числе дренажей-преградителей, глав­ной особенностью которых является наличие на сборных секциях водонепроницаемого экрана со стороны ограждаемого соору­жения.

При устройстве таких противоналедных сооружений можно с успехом применять легкие баровые дренажные машины конст­рукции Е. В. Шушакова (рис. 11.5), с помощью которых не только отрывают траншеи глубиной до 5 м и шириной до 0,5 м в мерз­лом грунте на косогорных участках, но и устанавливают в них дренажные секции.

Рис. 11.5. Дренажная баровая машина для устройства дренажных сооружений в обычных, мерзлых и скальных грунтах

Закрытые дренажи из сборных шпунтовых элементов разработаны недавно и еще не нашли широкого применения, од­нако в определенных грунтовых условиях они могут дать боль­шой экономический эффект за счет исключения земляных и пол­ной механизации других работ но их устройству.

Учитывая, что устройство противоналедных дренажно-шпунтовых сооружений связано с необходимостью использования спе­циальных механизмов-вибропогружателей, электростанций и кранов-рекомендуется применять сборные шпунтовые дрена­жи в основном при новом строительстве.

Закрытые дренажи, основан­ные на новых принципах техни­ческой мелиорации грунтов, пред­ставляют собой индустриальные конструкции сборных дренажей, использующие, кроме гравита­ционного перемещения воды в грунтах, и другие способы их осушения: вакуумный, капилляр­ный, электроосмотический, крио­генный и др.

Закрытый дренаж электроосмотической конструкции основан на принципе перемещения воды от положительного элек­трода к отрицательному и рекомендуется для тонкодисперсных грунтов, в которых почти вся вода находится в физически связанной форме, не подчиняется гравитационным силам и не отте­кает в дренажи, чем в основном и объясняется наблюдаемая ма­лая эффективность обычных дренажных устройств.

В случае применения электроосмотического дренажа положе­ние резко меняется — особый импульсный электрический ток напряжением всего в несколько вольт, получаемый от аккуму­ляторной батареи или через понижающий трансформатор и пре­образователь от осветительной или силовой сети, превращает физически связанную воду в гравитационную, которая начинает поступать в дренажные элементы и отводиться за пределы ограж­даемого участка. Положительным электродом служит голый стальной провод, во избежание коррозии покрываемый графитовой смазкой, который укладыва­ют и л глубине 0,5-0,8 м над осушаемым участком, а отрица­тельным — арматура сборных дренажных элементов, выполняе­мых в виде блоков, плит или длинномерных элементов.

Закрытый дренаж криогенной конструкции основан па принципе перемещения под­земных вод к фронту промерза­ния и рекомендуется для участ­ков с распространением тонко-дисперсных грунтов. Он состоит из блоков, выполненных из плот­ного морозостойкого бетона с фильтрующими вставками (из морозостойкого бетона или пла­стобетона), в нижней части ко­торых имеется водоотводный канал в виде железобетонного лотка со щелями в стенках.

Кроме того, разработана кон­струкция двухъярусного криоген­ного дренажа, верхняя часть ко­торого работает как криогенная (в зимнее время), а нижняя часть — попеременно (как криогенная — зимой и как обычная гравитационная — летом).

Основной принцип работы таких дренажей заключается в том, что с наступлением устойчивого понижения температуры воздуха в зимнее время начинается ускоренное промерзание грун­та, сопровождаемое явлением миграции воды, содержащейся в нем, к фронту промерзания.

К каптажно-осушительным противоналедным устройствам относятся каптажные противоналедные устройства, пластово-откосные каптажные устройства засыпного типа или сборного типа из плит фильтрационного бетона.

Каптажные противоналедные устройства представ­ляют собой весьма эффективное средство противоналедной борь­бы. Общим признаком разнообразных конструкций этих устройств является наличие на пути подземных вод, питающих наледи, каптажной стенки из камня, каменной выкладки на мху или засып­ки из крупного галечника с валунником. Хорошо зарекомендо­вала себя У-образная (в плане) каптажная стенка, устраиваемая в широких траншеях, отрываемых в грунтах, со слоями верти­кального или наклонного фильтра со стороны потока подземных вод и водонепроницаемого экрана со стороны сооружения.

Каптированные грунтовые воды подрусловых аллювиальных отложений легко транспортируются за пределы ограждаемого участка железной дороги по водоотводному коллектору, уклады­ваемому под земляным полотном или пропускаемому в отверстии самой водопропускной трубы, если уклон местности позволяет это сделать.

Пластово-откосные каптажные устройства из сборных плит представляют собой слой фильтра из песчано-гравийной смеси, насыпаемой на спланированную поверхность откоса выемки земляного полотна с многочисленными рассеянными выходами горизонтов подземных вод, на который укладывают сборные плиты из фильтрационного бетона.

В нижней части откоса устраивают дренажную траншею, в которую укладывают длинномерные дренажные элементы, при­нимающие подземные воды и отводящие их за пределы ограж­даемого участка.