СПОСОБ УСТРОЙСТВА ДРЕНАЖА В ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТАХ Российский патент 1994 года по МПК E02D3/10 

Изобретение относится к мелиоративному строительству и может быть использовано при устройстве коллекторно-дренажной сети в водонасыщенных грунтах.

Известен способ создания горизонтального дренажа, включающий разработку выемки-траншеи шириной 1,1-1,2 м экскаватором, заполнение ее на полную глубину глинистым раствором для создания противодавления на стенки траншеи, опускание в них отрезков дренажных труб диаметром 0,9 м прямо в глинистый раствор, укладку труб на дно (заполнение полости трубы раствором с его вытеснением), выгрузку в выемку-траншею на трубу объемных фильтроматериалов, проходящих совместно с выгрузочной емкостью всю толщу глинистого раствора. Откачка раствора производится из одной части выемки-траншеи в другую, очистка слоя грунта со стенок траншеи, пропитанного глинистым раствором, скребками, обратная засыпка выемки минеральным грунтом [1].

Недостатком этого способа является то, что:
- противодавление в выемке-траншее создают на стенки глинистым раствором;
- в глинистый раствор опускают дренажные трубы и погружают их в него вместе с объемным фильтроматериалом, что в дренажах недопустимо.

Глинистый раствор обволакивает полость трубы и частицы объемно-фильтрующего материала, и уже на стадии строительства это приводит к кольматажу дренажной конструкции. Качество устройства дренажа доведено таким образом до неработоспособного состояния, а объемы работ с трубами, глинистым раствором и смоченным им же объемным фильтроматериалом - максимальны.

Наиболее близким техническим решением является способ строительства дренажа с применением замораживания грунтов [2], где первоначально производят работы по бурению скважин глубиной до 6,0 м, в количестве 160 шт., на длине 120 м с расстоянием между ними 0,75 м и по обе стороны от оси будущей дренажной траншеи. Затем в отбуренные скважины опускают рассольные охладители, соединенные с распределителями и холодильным агрегатом (компрессором 4АУ-15/480). На замораживание воды в 160 скважинах потребовалось бы 38 сут. Замороженный грунт между скважинами и колодцами разрабатывают отбойными молотками, участками по 10 м на полную глубину траншеи - до 6,0 м. На дно траншеи укладывают вручную асбестоцементные трубы диаметром 300 мм, имеющие радиальную по длине перфорацию, и обсыпают их галькой совместно с крупнозернистым песком.

Недостатком этого способа строительства дренажа является то, что он требует выполнения большого объема подготовительных работ, является сложным и дорогостоящим в реализации и не обеспечивает качества устройства дренажа. Это исходит от того, что на участке локальным методом бурят скважины, заполняют их грунтовыми и внешними водами, доливая скважины водой, в каждую скважину опускают рассольные охладители, воду замораживают, и вместе с ней - окружающий каждую скважину грунт, радиально.

Постепенно охладители вынимают из каждой скважины, работая ступенчато, и повторяя этот процесс в каждой из них. Замороженный грунт в перемычках между скважинами вырубают отбойными молотками, вручную, куски грунта выбрасывают из выемки, создавая траншею. На дно выемки-траншеи опускают фильтрующую обсыпку, на нее укладывают дренажные трубы, стыкуют их друг с другом и обсыпают их вкруговую фильтрующим материалом (с боков и сверху) и производят обратную засыпку выемки комьями и глыбами мерзлого разработанного грунта. Скопавшаяся на дне траншеи пульпа заиливает фильтр при длительном выполнении процесса укладки труб, формировании вручную фильтрующей обсыпки у дренажной трубы и обсыпки фильтроматериалов глыбами и комьями оттаиваемого и мерзлого грунта. Обсыпку дренажной конструкции грунтом производят методом его сталкивания в выемку-траншею, что нарушает целостность и соосность дренажной линии. Оттаиваемый грунт затекает между частицами объемного фильтроматериала.

Цель изобретения - повышение качества устройства дренажа в водонасыщенных грунтах.

Поставленная цель достигается тем, что замораживание грунтов осуществляют одновременно с разработкой траншеи, причем замораживание стенок траншеи производят на высоту выклинивания грунтовых вод, одновременно в траншею укладывают многослойный фильтр, укладывая на дно полосы ленты из жесткого крупнопористого фильтроматериала с отсыпкой на полосы слоя щебня, последующей отсыпкой слоев песчано-гравийной смеси и песка, укладкой в них дренажных труб; а затем сверху укладывают ленточный мелкопористый фильтроматериал, причем полосы лент крупнопористого и мелкопористого фильтроматериалов укладывают сложенными симметрично и с выпуклостью посередине во взаимно- противоположные стороны по отношению друг к другу.

Сущность предлагаемого способа устройства дренажа в водонасыщенных грунтах заключается в следующем - разрабатывая дренажную траншею, одновременно производят замораживание ее стенок и на дно укладывают многослойный фильтр с защитно-фильтрующими полосами лент снизу и сверху у дренажной конструкции, без разрыва технологического цикла по операциям - непрерывно.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в процессе разработки траншеи одновременно ведут замораживание грунтов у стенок траншеи на высоту выклинивания грунтовых вод, укладку на дно траншеи многослойного фильтра с покрытием объемного фильтроматериала полосами ленты, снизу - из жесткого крупнопористого, а сверху - мелкопористого защитно-фильтрующего материала, с выпуклостями во взаимно- противоположные стороны по отношению друг к другу, обеспечивая надежную и качественную работу дренажной конструкции. Поскольку ведут одновременно и непрерывно, в движении - разработку траншеи, заморозку ее грунтовых стенок, укладку многослойного фильтра с укладкой дренажной трубы и покрытием конструкции полосами лент снизу и сверху, то на основании этого можно сделать заключение о соответствии предлагаемого способа устройства дренажа в водонасыщенных грунтах критерию - "новизна".

Признаки, отличающие предлагаемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, обеспечивают предлагаемому техническому решению соответствие его критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 показан способ устройства дренажа в водонасыщенных грунтах с замораживанием стенок и формированием на дне траншеи многослойного фильтра дреноукладчиком; на фиг. 2 изображено сечение траншеи после ее отрывки, заморозки стенок траншеи и укладки на дно многослойного фильтра с дренажной трубой, с присыпкой конструкции дрены слоем разработанного минерального грунта.

Предлагаемый способ устройства дренажа в водонасыщенных грунтах предусматривает выполнение следующих технологических операций:
- подготовку поверхности трассы для устройства дренажа - срезку полосы растительного слоя грунта;
- разработку траншеи до заданной глубины с одновременным замораживанием грунта по боковым стенкам траншеи, в движении, по всей длине дрены;
-формирование на дне траншеи многослойного фильтра с укладкой дренажных труб непрерывно;
- присыпку многослойного фильтра разработанным минеральным грунтом.

Способ устройства дренажа в водонасыщенных грунтах осуществляют следующим образом.

По трассе дрены полосой производят срезку и укладку в отвал справа, либо слева, растительного грунта. К приямку у коллектора подгоняют и устанавливают дреноукладчик. В приямок опускают рабочий орган 1 с бункером-укладчиком 2 до дна дренажной траншеи 3, на заданную глубину. От приямка разрабатывают траншею, производя одновременно и непрерывно замораживание грунта слоем 4 по стенкам траншеи 3. Толщину слоя 4 определяют в зависимости от физико-механических свойств грунтов и гидрогеологических условий. На дне траншеи 3 формируют многослойный дренажный фильтр 5 (см. фиг. 1).

Процесс формирования многослойного фильтра 5 осуществляют одновременно и непрерывно совместно с разработкой траншеи 3 и замораживанием ее стенок. Формируя многослойный фильтр 5, первоначально подают и укладывают на дно траншеи три полосы ленты 6 из жесткого кpупнопористого материала с отсыпкой на них слоя щебня 7, последующей отсыпки слоев песчано-гравийной смеси 8 и песка 9, с укладыванием в них дренажных труб 10, после чего укладывают сверху ленточный мелкопористый фильтроматериал 11. Полосы лент крупнопористого и мелкопористого фильтроматериалов укладывают сложенными симметрично с выпуклостью посередине во взаимно противоположные стороны по отношению друг к другу. Многослойный фильтр присыпают в траншее сверху разработанным минеральным грунтом 12 (см. фиг. 2).

Ниже приведен пример конкретного осуществления предлагаемого способа устройства дренажа.

Способ устройства дренажа в водонасыщенных грунтах реализуют при использовании современных дреноукладчиков типа УДМ-350; ДУ-3502, ДУ-4001 "Арал", 6027 "Хайконс" либо ЭТЦ-406А. В предлагаемом способе на фиг. 1 изображен дреноукладчик УДМ-350 с оборудованием бункера-трубоукладчика 2 для формирования многослойного фильтра 5 дренажной конструкции.

Перед началом работ дреноукладчик устанавливают у коллектора, в приямок опускают рабочий орган и производят врезку до заданной (по проекту) глубины. Разрабатывая траншею, включают охладительные камеры для замораживания слоя грунта по стенкам траншеи, учитывая высоту выклинивания грунтовых вод - положение уровня грунтовых вод (УГВ). Регулировку высоты заморозки осуществляют включением в работу числа секций морозильных камер. В бункер-укладчик 2 подают полосы ленты из жесткого крупнопористого материала (ФМ₁) - 6, укладывая выпуклостью вниз. В передний отсек бункера загружают щебень 7, отсыпая его на дне траншеи на полосы ленты ФМ₁. Во второй отсек бункера-укладчика загружают и подают песчано-гравийную смесь (ПГС) - 8, которая при своем движении в них, при "истечении", частично расслаивается и разделяется - тяжелые частицы гравия уходят вниз, а более легкие - песчаные ложатся в верхней части дренажной конструкции. Из направляющего раструба, в сердцевине песчаного фильтра подается и укладывается дренажная труба 10, покрываемая сверху песчаным фильтром 9. Сверху песчаный фильтр 9 покрывают ленточным мелкозернистым фильтроматериалом (ФМ₂) - 11, укладывая ленты выпуклостью вверх и пригружая в траншее 3 всю конструкцию разработанным минеральным грунтом 12 (см. фиг. 1, 2). При реализации предлагаемого способа устройства дренажа остаются и выполняются все названные выше технологические операции: разработка траншеи, замораживание ее боковых стенок, подача и укладка на дно траншеи дрены и присыпка ее разработанным минеральным грунтом. Однако способ подачи и укладки фильтроматериалов включает новые элементы формирования многослойного фильтра дренажной конструкции.

Формирование многослойного фильтра обеспечивает качественное устройство дренажа за счет:
- подачи и укладки на дно траншеи полосы ленты из жесткого крупнопористого материала путем ее перегиба, наличия одностороннего разреза у материала и придания ему выпуклости поверхности, направленной вниз, что создает твердость и жесткость основания у дренажной конструкции, обладающей фильтрационными свойствами;
- формирования многослойного фильтра из сыпучих объемных фильтроматериалов, непрерывно подаваемых в траншею с одновременной укладкой трубы через общий бункер-укладчик в последовательности: на дно укладывают ФМ₁, затем отсыпают щебень, создавая жесткую подушку, смесь ПГС, песок и полосы ленты ФМ₂;
- покрытия конструкции дрены сверху симметрично сложенной полосой ленты из мелкопористого фильтроматериала, уложенного выпуклостью вверх, что придает жесткость полосам ленты, сохраняя ее фильтрационные свойства.

Таким образом, качество устройства дренажа обеспечивается за счет формирования на дне траншеи надежного многослойного фильтра, обеспечивающего долговечную работу дрены в водонасыщенных грунтах.

Материалы описания предлагаемого изобретения могут быть использованы научно-исследовательскими, проектно-строительными и водохозяйственными организациями.

Использование: мелиоративное строительство, устройство коллекторно-дренажной сети в водонасыщенных грунтах. Сущность изобретения: замораживают грунт по трассе дрены и разрабатывают одновременно с замораживанием траншею 3. Замораживание производят вдоль стенок траншеи на высоту выклинивания грунтовых вод. Разработку траншеи 3 производят непрерывно с одновременным укладыванием фильтрующего материала в виде многослойного фильтра, при этом первоначально подают и укладывают на дно траншеи 3 полосы ленты из жесткого крупнопористого фильтроматериала 6 с отсыпкой на них слоя щебня 7. Затем отсыпают слои песчано-гравийной смеси 8 и песка 9 с укладыванием в них дренажных труб 10. Сверху укладывают ленточный мелкопористый фильтроматериал 11. Полосы лент крупнопористого 6 и мелкопористого 10 фильтроматериалов укладывают симметрично сложенными с выпуклостью посередине во взаимно-противоположные стороны по отношению друг к другу. Производят обратную засыпку траншеи 3 грунтом 12. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ УСТРОЙСТВА ДРЕНАЖА В ВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТАХ, включающий замораживание грунта по трассе дрены, разработку траншеи, подачу и укладку дренажных труб и фильтрующего материала и обратную засыпку траншеи грунтом, отличающийся тем, что замораживание грунта осуществляют одновременно с разработкой траншеи, причем замораживание производят вдоль стенок траншеи на высоту выклинивания грунтовых вод, разработку траншеи производят непрерывно с одновременным укладыванием фильтрующего материала в виде многослойного фильтра, при этом первоначально подают и укладывают на дно траншеи полосы ленты из жесткого крупнопористого фильтроматериала с отсыпкой на них слоя щебня и последующей отсыпкой слоев песчанно-гравийной смеси и песка с укладыванием в них дренажных труб, после этого укладывают сверху ленточный мелкопористый фильтроматериал. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что укладку в траншею полос лент крупнопористого и мелкопористого фильтроматериалов ведут симметрично сложенными с выпуклостью посередине во взаимно противоположные стороны по отношению одна к другой.