Конструкция дренажа: Устройство дренажа

Дренажные системы фундаментов

Общая информация

Заглубленные и подземные сооружения очень часто подвергаются подтоплению. Причины подтопления могут быть разные – атмосферные осадки, подземные воды, поверхностные стоки, утечки из водонесущих коммуникаций и т.д. Для защиты заглубленных частей зданий (подвалов, технических подполий и т.п.) от подтопления должны предусматриваться дренажи.

Устройство дренажей обязательно в случаях расположения:

• Эксплуатируемых заглубленных помещений ниже расчетного уровня подземных вод, или при превышении уровня чистого пола подвального помещения над расчетным уровнем грунтовых вод менее 500 мм;
• Эксплуатируемых заглубленных помещений в глинистых и суглинистых грунтах независимо от наличия подземных вод;
• Технических подполий в глинистых и суглинистых грунтах при их заглублении более 1,5 м от поверхности земли независимо от наличия подземных вод;
• Любых конструкций, расположенных в зоне капиллярного увлажнения, когда условия их эксплуатации связаны с жестким температурно-влажностным режимом.

Проектирование дренажей следует выполнять на основании гидрогеологических данных конкретного объекта строительства, с учетом существующих (ранее запроектированных) дренажных систем на прилегающих территориях. При этом следует учитывать, что устройство гидроизоляционной мембраны для защиты заглубленной части сооружения, рекомендуется предусматривать во всех случаях независимо от устройства дренажной системы.

В зависимости от расположения дренажа по отношению к водоупорному горизонту дренажи могут быть совершенного или несовершенного типа.

Дренаж совершенного типа закладывается на водоупоре. Подземные воды поступают в трубчатый дренаж сверху и с боков. В соответствии с этими условиями дренаж совершенного типа должен иметь дренирующую обсыпку сверху и с боков.

Дренаж несовершенного типа закладывается выше водоупора. Подземные воды поступают в трубчатый дренаж со всех сторон, поэтому дренирующая обсыпка должна быть замкнутой со всех сторон дренажной трубы.

Дренажи подразделяются на местные и общие. Местные дренажи применяются для защиты от подтопления подземными водами отдельных сооружений (кольцевой, пристенный, пластовый), общие – для защиты территории (головной, систематический).

Пластовый дренаж

Пластовый дренаж устраивается в основании защищаемого сооружения непосредственно на водоносный грунт. При этом он гидравлически связан с трубчатой дреной, расположенной с наружной стороны фундамента на некотором расстоянии от плоскости стены здания. Пластовая дренажная система защищает сооружение как от подтопления подземными водами, так и от увлажнения капиллярной влагой. Пластовый дренаж широко применяется при строительстве подземных сооружений, возводимых на слабопроницаемых грунтах (Кф ≤ 5 м/сутки), а также при наличии под фундаментом мощного водоносного пласта.

Кольцевой дренаж

Кольцевой дренаж (чаще всего — это трубчатые дрены) располагается по контуру защищаемого здания или его участка. Действие кольцевого дренажа основано на понижении уровня подземных вод внутри защищаемого контура, что обеспечивает защиту от подтопления подземных сооружений и заглубленных частей зданий. Глубина этого понижения зависит от заглубления труб относительно уровня подземных вод, а также от размеров защищаемого контура. Кольцевые дрены располагаются на некотором удалении от сооружения, благодаря этому они могут быть установлены уже после его возведения. В этом отношении кольцевой дренаж выгодно отличается от пластового, который может быть устроен только одновременно со строительством сооружения.

Пристенный дренаж

Пристенный дренаж состоит из дренажных пристенных конструкций чаще всего из профилированных мембран) и трубчатых дрен, уложенных с наружной стороны сооружения и служащих одновременно собирающим и отводящим дренажные воды трубопроводом. Пристенный дренаж применяется, как правило, практически во всех случаях как самостоятельно, так и совместно с другими видами дренажей. 

Была ли статья полезна?

ДРЕНАЖ СООРУЖЕНИЙ • Большая российская энциклопедия

• В книжной версии

  Том 9. Москва, 2007, стр. 352-353

• Скопировать библиографическую ссылку:

  ---

Авторы: Э. М. Добров

Конструкция траншейных дренажей: а – типовая конструкция; б – щебёночно-трубная в обойме из геотекстиля; в – щебёночная в обойме из геотекстиля; г – с дренажной трубой в оболоч…

ДРЕНА́Ж СООРУЖЕ́НИЙ (франц. drainage – осу­ше­ние), сеть от­кры­тых или за­кры­тых ка­на­лов (тран­шей), под­зем­ных труб (дрен) или ко­лод­цев (сква­жин), пред­на­зна­чен­ных для сбо­ра и от­во­да грун­то­вых вод от со­ору­же­ний или по­ни­же­ния их го­ри­зон­тов, а так­же осу­ше­ния (или пре­дот­вра­ще­ния из­бы­точ­но­го ув­лаж­не­ния) тер­ри­то­рий, от­ве­дён­ных под го­род­скую или пром. за­строй­ку. При­ме­не­ние Д. с. по­зво­ля­ет по­вы­сить проч­ность грун­тов и не­су­щую спо­соб­ность ос­но­ва­ний зда­ний и со­ору­же­ний, ус­той­чи­вость под­пор­ных сте­нок и при­род­ных скло­нов, а так­же зем­ля­но­го по­лот­на аэ­ро­дром­ных по­кры­тий, ав­то­мо­биль­ных и же­лез­ных до­рог, за­щи­тить зда­ния и со­ору­же­ния от про­ник­но­ве­ния во­ды и др. Осу­шаю­щее или пе­ре­хва­ты­ваю­щее дей­ст­вие дре­на­жа за­клю­ча­ет­ся в том, что за­глуб­лён­ная в грунт ни­же уров­ня грун­то­вых вод тран­шея или тру­ба от­во­дит про­са­чи­ваю­щую­ся из при­ле­гаю­ще­го мас­си­ва грун­та во­ду, тем са­мым осу­шая его.

Раз­ли­ча­ют от­кры­тые и за­кры­тые сис­те­мы Д. с., ко­то­рые уст­раи­ва­ют­ся со­от­вет­ст­вен­но в ви­де: от­кры­тых или за­кры­тых лот­ков, ка­нав тран­шей, за­глуб­ле­ние дна ко­то­рых оп­ре­де­ля­ет­ся глу­би­ной за­про­ек­ти­ро­ван­но­го по­ни­же­ния уров­ня грун­то­вых вод; от­кры­тых или за­кры­тых дре­наж­ных призм у су­хих от­ко­сов дамб и пло­тин, пес­ча­но-гра­вий­ных под­го­то­вок под об­ли­цов­ка­ми ка­на­лов; дре­наж­ных што­лен и га­ле­рей; врез­ных или при­сып­ных по­верх­но­ст­ных от­кос­ных кон­ст­рук­ций из дре­ни­рую­щих пес­ча­ных и ще­бё­ноч­ных грун­тов или бес­тран­шей­но­го го­ри­зон­таль­но­го труб­ча­то­го дре­на­жа в мок­рых до­рож­ных вы­ем­ках и т. п.

За­кры­тый Д. с. (рис.) со­сто­ит из уло­жен­ной в тран­шею (ка­на­ву) дре­ны, т. е. тру­бы (ке­ра­ми­че­ской, ас­бе­сто­це­мент­ной, бе­тон­ной, по­ли­мер­ной и др.), в стен­ках ко­то­рой име­ют­ся ма­лые от­вер­стия или про­пи­лы для приё­ма во­ды. Что­бы тру­ба не за­со­ря­лась (не заи­ли­ва­лась грун­том), её обыч­но ок­ру­жа­ют по­рис­той ще­бё­ноч­ной или гра­вий­ной за­сып­кой, ко­то­рая да­лее по­сле­до­ва­тель­но пе­ре­кры­ва­ет­ся сна­ча­ла круп­но­зер­ни­стым, а за­тем сред­не­зер­ни­стым пес­ком, что обес­пе­чи­ва­ет со­блю­де­ние прин­ци­па ра­бо­ты об­рат­но­го фильт­ра, т. е. по­сте­пен­но­го умень­ше­ния круп­но­сти зе­рён и ко­эф. фильт­ра­ции за­сып­ки по ме­ре уда­ле­ния от дре­ны по на­прав­ле­нию к вер­ху и стен­кам тран­шеи. Все дре­ни­рую­щие слои в тран­шее пе­ре­кры­ва­ют­ся свер­ху уп­лот­нён­ным гли­ни­стым грун­том (т. н. гли­ня­ным зам­ком), уло­жен­ным ино­гда на по­ли­эти­ле­но­вую плён­ку для луч­шей изо­ля­ции (рис.,

а).

Для уп­ро­ще­ния тех­но­ло­гии в кон­ст­рук­ции Д. с. ис­поль­зу­ют разл. тка­ные и не­тка­ные ма­те­риа­лы на ос­но­ве син­те­тич. во­ло­кон (т. н. гео­тек­сти­ли), су­ще­ст­вен­но сни­жаю­щие по­треб­ность в дре­ни­рую­щих пес­ча­ных и ще­бё­ноч­но-гра­вий­ных грун­тах и од­но­вре­мен­но пре­пят­ст­вую­щие про­цес­су заи­ли­ва­ния от­вер­стий в дре­наж­ных тру­бах. Так, ще­бё­ноч­но-гра­вий­ная за­сып­ка мо­жет быть пол­но­стью за­клю­че­на в обой­му из фильт­рую­ще­го (рис., б) гео­тек­стиль­но­го ма­те­риа­ла. При ма­лом объ­ё­ме во­до­при­то­ка в дре­ну так­же воз­мож­но ис­поль­зо­ва­ние ана­ло­гич­ной кон­ст­рук­ции, но без дре­наж­ной тру­бы (рис., в). При­ме­не­ние гео­тек­стиль­но­го ма­те­риа­ла в ка­че­ст­ве обо­лоч­ки во­круг дре­наж­ной тру­бы в ря­де слу­ча­ев по­зво­ля­ет пол­но­стью ис­клю­чить ис­поль­зо­ва­ние щеб­ня или гра­вия и за­ме­нить их пес­ком (рис., г).

Д. с. за­кры­то­го ти­па пре­до­хра­ня­ют от про­мер­за­ния, а вы­хо­ды вод из них за­щи­ща­ют от об­ра­зо­ва­ния на­ле­дей. От­вод во­ды из дре­наж­ных сис­тем про­из­во­дит­ся та­ким об­ра­зом, что­бы не об­ра­зо­вы­вал­ся под­пор грун­то­вых вод.

В за­ви­си­мо­сти от схем рас­по­ло­же­ния дре­наж­ных уст­ройств в пла­не по от­но­ше­нию к дре­ни­руе­мой тер­ри­то­рии и ис­точ­ни­кам по­сту­п­ле­ния к ним дре­наж­ных вод раз­ли­ча­ют сис­те­мы Д. с.: пла­сто­вую, при­стен­ную и коль­це­вую. Пла­сто­вый Д. с. уст­раи­ва­ют в ви­де т. н. фильт­рую­щей по­сте­ли, ук­ла­ды­вае­мой в ос­но­ва­нии за­щи­щае­мо­го со­ору­же­ния не­по­сред­ст­вен­но на во­до­нос­ный грунт и гид­рав­ли­че­ски свя­зан­ной (тру­ба­ми или фильт­рую­щим ма­те­риа­лом) с труб­ча­той дре­ной, рас­по­ло­жен­ной с на­руж­ной сто­ро­ны фун­да­мен­тов на рас­стоя­нии не ме­нее 0,7 м от плос­ко­сти сте­ны за­щи­щае­мо­го со­ору­же­ния. Пла­сто­вый Д. с. пол­но­стью за­щи­ща­ет со­ору­же­ние не толь­ко от под­то­п­ле­ния грун­то­вы­ми во­да­ми, но и от ув­лаж­не­ния ка­пил­ляр­ной вла­гой; ши­ро­ко при­ме­ня­ет­ся при за­щи­те под­зем­ных со­ору­же­ний, воз­во­ди­мых на сла­бо­про­ни­цае­мых грун­тах, а так­же при дре­ни­ро­ва­нии трасс те­п­ло­се­ти, по­па­да­ние вла­ги в ко­то­рые, да­же в ка­пил­ляр­ной фор­ме, не­до­пус­ти­мо. При­стен­ный Д. с. со­сто­ит из дре­наж­ных труб с фильт­рую­щей об­сып­кой, уло­жен­ных на во­до­упор­ный грунт с на­руж­ной сто­ро­ны за­щи­щае­мых со­ору­же­ний; при­ме­ня­ет­ся в тех слу­ча­ях, ко­гда ос­но­ва­ние за­щи­щае­мо­го со­ору­же­ния рас­по­ла­га­ет­ся на во­до­упор­ном грун­те.

Коль­це­вой дре­наж уст­раи­ва­ют по кон­ту­ру за­щи­щае­мо­го зда­ния или уча­ст­ка, на ко­то­ром раз­ме­щён ряд со­ору­же­ний. Дей­ст­вие коль­це­во­го дре­на­жа ос­но­ва­но на по­ни­же­нии уров­ня грун­то­вых вод внут­ри за­щи­щае­мо­го кон­ту­ра, что пред­ох­ра­ня­ет от под­то­п­ле­ния под­зем­ные со­ору­же­ния и час­ти зда­ний. Коль­це­вой дре­наж мо­жет соз­да­вать­ся по­сле воз­ве­де­ния со­ору­же­ний, в от­ли­чие от пла­сто­во­го, ко­то­рый уст­раи­ва­ет­ся од­но­вре­мен­но с их строи­тель­ст­вом.

Для над­зо­ра за ра­бо­той от­вет­ст­вен­ных дре­наж­ных се­тей, а так­же при зна­чит. дли­не сбор­ных кол­лек­то­ров в мес­тах со­еди­не­ний не­сколь­ких се­тей и у пе­ре­па­да ук­ло­нов уст­раи­ва­ют­ся кон­троль­ные ко­лод­цы.

Устройство дренажной системы стадиона

Открытые стадионы, оборудованные эффективными системами поверхностного и закрытого водоотвода, обеспечивают проведение соревнований независимо от интенсивности и продолжительности дождевых осадков.

•  В перечень предъявляемых к дренажным системам технических требований входит: стабилизация уровня грунтовых вод на заданном уровне и своевременное удаление воды из стадионного покрытия.
•  На стадионах повышенного класса, так же обязательна совместимость конструкции с системой подогрева игрового поля и стойкость к значительным локальным нагрузкам.

Устройство и размещение поверхностного водоотвода

Поверхностный дренаж футбольного поля располагается по его периметру и на прилегающей территории. В классическом варианте — это системы, смонтированные из влаго-морозостойких лотков, сбрасывающие дренируемую воду в канализационный коллектор или дренажные колодцы. Безопасная эксплуатация поверхностного дренажа обеспечивается установкой металлических защитных решеток.

При выборе вида дренажного водоотвода учитывается его экономичность, поэтому закономерен интерес заказчиков к новым инновационным решениям. В частности, пользуется спросом технология создания дренажного пояса SMART DRAIN.

Забор влаги посредством вакуумно-гравитационного перепада обеспечивает эффективную работу дренажа с минимальными затратами на обслуживание.

Еще один инновационный вариант — системы Softrock, смонтированные из гибких перфорированных дрен, заключенные в геосеточные оболочки с наполнителем из гранулированного пенополистирола.

Конструкция закрытых дренажных систем

Своевременное удаление воды с игрового поля реализуется разными способами. Традиционный вариант — это трубный дренаж с многоуровневой щебневой отсыпкой, поверх которой обустраивается природное или искусственное газонное покрытие.

Пластиковая дренажная система, стоимость которой компенсируется ее эффективностью и долговечностью, монтируется в комплексе с иглопробивными геотекстильными фильтрами, позволяющими увеличить реальный ресурс закрытого дренажа до 15 и более лет.

Плотность геотекстиля для дренажа может варьироваться в пределах от 200 до 250 г/м2. Диаметр перфорированных пластиковых дрен от 90 мм. На грунтах с интенсивным притоком грунтовых вод этот показатель составляет 110 мм.

Долговечность дренажных систем разного типа увеличивается применением — ячеистых решеток-настилов, изготовленных из коррозиестойкого металла.

Особенности конструкции стадионного дренажа

• Дрены монтируются по схеме «елочка», в зависимости от плотности грунта. Расстояние между трубами может варьироваться в пределах от 4 до 8 метров. Рабочий материал для укладки закрытого дренажа — оборудованные геотекстильной оболочкой трубы марки ДГТ-110. В кольцевых системах задействуются аналогичные по конструкции дрены ДГТ-200.
•  Дренажные системы для газонных и искусственных покрытий по устройству идентичные используемым материалам. В обоих вариантах, минимальное заглубление системы в пределах 65-85 см.
•  Технология предписывает предварительное уплотнение грунтового основания, обустройство песчаной подушки высотой от 100 мм. Послойное нанесение щебневой и песчаной отсыпки вышиной по100 мм.

Какой геотекстиль используется для ручного обустройства фильтрационной оболочки?

На сегодняшний день дренажному иглопробивному геотекстилю, плотностью 200 г равноценной альтернативы не существует. Для стандартных условий можно использовать: полиэтиленовые и полиэфирные материалы. Для кислых и щелочных грунтов рекомендуем: стойкие к активным химическим соединениям геотекстили — полипропиленовые.

устройство водоотвода, отведение ливневых и грунтовых вод, современные системы и поэтапная технология монтажа

Строительство дренажных систем, отводящих с участка дождевую воду, понадобится вам почти во всех случаях, если вы, конечно, хотите сделать ваш участок современным, благоустроенным и удобным для жизни.

Устройство дренажной системы

Лучше всего дренирование описывается формулой из учебника «Гидрология и гидротехнические сооружения»:

Дренированием называется гидротехническое сооружение системы искусственных почвенных путей для отвода за пределы участка осадочных, грунтовых и глубинных вод.

Г.Н. Смирнов. Учебник «Гидрология и гидротехнические сооружения»https://eknigi.org/nauka_i_ucheba/129293-gidrologiya-i-gidrotexnicheskie-sooruzheniya.html

Дренаж нужен для осушения вот таких, сильно заводнённых участков

Как работает дренаж

Обычно дренирование переувлажненной почвы происходит с помощью поверхностных или глубинных наклонных путей отвода воды. Вода из почвы поступает в искусственные пути и по уклону самостоятельно течёт в поглотительную/выгребную яму или рукотворный или естественный водоём на участке или за его пределами.

Участок и дом с грамотно проложенным дренажом — гарантия вашего спокойствия

Во всех случаях используются:

• геотекстильная ткань разных типов и комплектации, от ткани до сендвичей;

  Геотекстиль МЕАСТАБ-Д (Дорнит) иглопробивной — очень популярный геотекстиль для устройства любого вида дренажа

• дренирующий материал разных типов — гранитный или доломитовый щебень, песок, галька, керамзит, синетеические материалы.

  Гранитный щебень крупной фракции 20–40, который чаще используется для открытого дренажа

Когда нужен дренаж

Дренаж разного вида (открытый, закрытый, глубинный, линейный, точечный, ливневый разного вида) нужен практически всегда. Идеальных участков не бывает.

1. Если у вас — забор с фундаментом, то он часто «запечатывает» участок, препятствуя естественному выводу влаги — нужен открытый или глубинный дренаж по периметру.

   При сильном уклоне дренаж избавит от эрозии почвы при её смывании дождем

2. Если участок — горизонтальный или находится в низине, тогда при большом объёме осадков влага будет регулярно и глубоко пропитывать плодородную землю, что повлечёт за собой заболачивание территории; нужен открытый или закрытый линейный дренаж на участке.

   Глинистая почва не пропускает дождевую и талую воду: значит, нужен дренаж

3. Если ваш дом на таком участке стоит не на свайном, а на плитном или ленточном фундаменте, тогда в подвале разовьются грибки, при промерзании почвы будет выдавливаться фундамент, стены будут трескаться — нужен пластовый, пристенный и кольцевой глубинный дренаж.

   Дренаж на почве с высоким уровнем грунтовых вод убережет септик от выдавливания при промерзании почвы

4. При обильных грунтовых водах и/или их близком залегании (особенно — если их уровень ближе одного метра от поверхности), которые заболачивают почву и могут при промерзании выдавливать септик на поверхность — нужен глубинный дренаж на участке.

   Пластовый и пристенный дренаж (в идеале — в сочетании с кольцевым) — абсолютная гарантия сухости фундамента

5. Если почва глинистая, препятствующая проникновению влаги, то скопившаяся у фундамента «лишняя вода» вызовет подвижку почвы (фундамент может поплыть), а дождевая вода не будет уходить в землю — к глубинному дренажу нужен открытый, или вертикальный, или дренажные скважины.

   Дом в низине, которая аккумулирует всю воду с окрестных высот — тоже повод для создания дренажной системы

6. Если ваш надел — с сильным уклоном, то плодородный слой во время дождя просто смывается — нужен как минимум открытый дренаж.

   Забор с ленточным фундаментом препятствует естественному выводу влаги с участка

7. И если у вас много мощёных дорожек и террас, отмостка возле дома и обширные газоны, нужен поверхностный ливневый дренаж обоих видов: точечный и линейный.

   Схема ливневого дренажа вокруг дома: хорошо видны колодцы, дрены и их расположение

Виды

Рассмотрим различные виды дренирования. Прежде всего дренаж бывает открытый и закрытый.

Открытая дренажная система

К такой системе относятся канавы и французский дренаж.

Канавы

Самая простая разновидность — канавы — подходит не для всех грунтов, а для медленно проницаемых для воды глины и суглинка. Такая система избавляет от поверхностной воды. Если участок на склоне, а дом стоит посередине, то целесообразно провести над домом перпендикулярную склону канаву — так вы уменьшите количество влаги у фундамента. Открытый дренаж легче сооружать на участках с уклоном — или нужно тщательно выверять изменение глубины канав, а это проблематично.

Канавы глубиной 50–70 сантиметров и шириной около 50 сантиметров могут располагаться по всему участку «ёлкой» (в случаях равномерной заводнённости всего участка), по периметру или локально в особо заливаемых местах. В случае древовидной структуры центральная канава глубже боковых и углубляется в сторону водостока. У канав должны быть пологие края (около 30⁰), чтобы предотвратить их осыпание, а форма может быть как трапециевидной (с плоским дном), так и V-образной.

Канавы можно оформить по-разному.

1. Застелить их геотканью и насыпать туда мелкий дренирующий материал — щебень, гальку, керамзит — не до верху; но геотекстиль на краях канавы нужно маскировать дёрном или землёй.

   Открытая канава с геотекстилем и щебнем выглядит красиво только на рисунке; в жизни это не так

2. Застелить их геотканью или обойтись без неё, заполнив канаву щебнем доверху.

   Канавы, наполненные щебнем доверху, тоже не вполне эстетичны, но хорошо работают

3. Застелить геотканью и обложить крупным дренирующим материалом — например, галькой.

   Канава с геотканью и галькой прекрасно выглядит и хорошо работает

4. Можно обойтись без геоткани.

   Такая канава с галькой — полноправный элемент ландшафтного дизайна

5. В крайнем случае обойтись безо всего вообще.

   Просто канавы без дренажа и геоткани в крайнем случае тоже делают свое дело

Канавы линейного открытого дренажа («ёлка») соединяются более глубоким «стволом» и замыкаются на канаве в нижней точке участка, подходящей к водостоку.

Расположение канав «ёлкой», которая замыкается на основную канаву, ведущую к водостоку

Главный недостаток открытой системы — необходимость куда-то распределить вынутую неплодородную землю. Канавы отнимают площадь для посадок растений, отнюдь не украшают территорию, требуют постоянной заботы и чистки.

Французский дренаж

Это простое и красивое в ландшафтном смысле сооружение — «каменный пруд», или «каменный ручей», заполненный гравием и выступающий как водосборник. Делается он по типу открытого дренажа, иногда с одним щебнем внутри, иногда — с мягким дренажом, но более эстетично выглядит. Он обязательно должен соединяться с нормальной дренажной системой, так как аккумулировать влагу он умеет, а отводить ему нужно помочь.

«Каменный ручей» — разновидность французского дренажа, и тоже — элемент ландшафтного дизайна

Ливневый поверхностный дренаж можно условно отнести к открытому, хотя он и защищён решётками, а в системе имеются и закрытые глубинные участки.

Закрытая система дренажа

Закрытая система, напротив, используется в основном для удаления почвенных вод. Потому что осадков просачивается на глубину не так много, а если почва глинистая — то не просачивается совсем. В отличие от открытой, эта система даёт возможность сажать над ней растения, ставить садовые сооружения. Закрытый дренаж — как правило, глубинный. Кроме геотекстиля и дренирующих материалов, в нём используются: перфорированные трубы-дрены (в случае «мягкого» дренажа дрены не используются), а к ним — фитинги. Кроме этого, там участвуют:

Современные дренажные системы

Жизнь не стоит на месте, и появляются вещи, призванные облегчить создание дренажа. Например, геотекстиль разных комплектаций.

Использование геотекстиля

Любой геотекстиль позволит обойтись при монтаже глубинного и закрытого дренажа без труб-дрен. Такая конструкция называется «мягкий дренаж».

Дренаж без труб

Название «мягкий дренаж» означает, что не используется труба. Роются траншеи, на дно укладывается гидроизолирующий слой, затем — геотекстиль, на него засыпают щебень, который затем закрывается краями полотнища.

Схема мягкого дренажа с грунтом и растениями и без них

Такой дренаж делается обычно под мощёными дорожками и площадками (при использовании жёсткого дренажа нагрузка может повредить трубу).

Мягкий дренаж под дорожкой — отличное ландшафтное решение; решетки отсутствуют

Хотя поверх можно и насыпать почву, и посадить растения. Но и такой вид дренажа должен для вывода воды соединяться либо с коллекторами и колодцем, либо с водоёмом.

На мягкий дренаж отлично высаживается газонная трава

Можно обойтись и без дренирующего щебня.

Дренаж с геотекстилем без щебня

Для дренажа без щебня используют трёхслойный геотекстиль: трёхмерную сетку между слоями геоткани, условную замену дренирующим природным материалам — щебню и песку. Им просто оборачиваются дрены.

Дренажный геокомпозит — отличная замена щебню

Дренаж без щебня — Softrock

Это система, включающая гибкую гофрированную перфорированную трубу, обёрнутую в геоткань с гранулами синтетического фильтра пенополистирола в чехле, длина в блоке — 3 метра.

Труба в кожухе из геоткани и дренажного пенополистирола — очень удобное решение для самостоятельного сооружения дренажной системы

Она лёгкая (примерно 15 килограмм), с ней может справиться и один человек. Разумеется, она дороже, чем обычная перфорированная труба. Но учитывая то, что трехметровый кусок экономит больше тонны щебня, это здравый выбор. В комплект входят муфты, заглушки и тройники.

Фитинги в комплект к дренажной системе: муфта, заглушка, тройник

Она очень легко монтируется, как конструктор, укладывается в траншеи, засыпается грунтом — и ваш дренаж готов.

Монтаж системы Softrock — очень легкое дело

Способ укладки Softrock на рекламной картинке

Труба Softrock — такая смешная на вид система, а так хорошо работает

Иная классификация

Видов дренирования — множество, и в разных классификационных справочниках они даже часто по-разному называются. К закрытому дренажу относится глубинный дренаж. К открытому дренажу помимо канав относится поверхностный, он же — ливневый.

Глубинный дренаж

Это самый функциональный, долговечный и надёжный вид дренажа. Он подходит для всех видов заводнения: высокими почвенными водами, глинистым грунтом, отсутствием уклона, сложным дизайном участка, плотным озеленением, большим количеством построек и дорожек. Срок его службы — до пятидесяти лет, он не требует постоянного ухода. Под землю укладываются дрены с уклоном к коллекторам (или ямам, или водоёмам на участке или вне участка).

Дрены при глубинном дренаже укладываются ниже точки промерзания грунта

Траншеи для прокладывания дрен диаметром не меньше 11 сантиметров копаются глубже точки промерзания грунта, но не ниже метра глубиной.

Дренаж глубинный делится на три разновидности: вертикальный, с использованием глубоких трубчатых перфорированных колодцев, из которых насосом откачиваются грунтовые воды; горизонтальным, состоящим из сети дрен, и комбинированным. Третья разновидность встречается намного чаще.

Горизонтальный глубинный дренаж

Этот дренаж бывает с использованием труб, с использованием труб и колодцев и так называемый «мягкий», о котором сказано выше.

1. При трубном горизонтальном глубинном дренаже сооружается сложная разветвлённая структура перфорированных труб-дрен. Дрены укладываются в траншеи, вырытые согласно заготовленной схеме и с запроектированным уклоном по определённым правилам: на дно траншеи насыпается песок на 10–15 сантиметров; укладывается геоткань; на подушку из дренирующего материала кладётся дрена; вместе с материалом дрена оборачивается геотканью; засыпается песком, затем — грунтом.

   Схема укладки глубинного дренажа показывает, что это совсем несложно

   При большом заводнении участка грунтовыми водами тоже, как и в открытом типе, практикуется древовидная укладка дрен.

   При большом заводнении участка грунтовыми водами тоже, как и в открытом типе, практикуется древовидная укладка дрен

2. Кольцевой глубинный дренаж — промежуточный по сложности вид дренажа между пристенным дренажом и обычным глубинным на участке. Это глубинный дренаж с использованием дрен и колодцев, замкнутый в кольцо вокруг дома на расстоянии 2–8 метров от фундамента. Чаще всего его применяют для свайно-ростверковых и столбчатых фундаментов. Траншеи роются на полметра ниже фундамента. Система точно так же соединяется с поглотительной/выгребной ямой, водоёмом или водоотводом за пределы участка.

   При таком типе глубинного дренажа на поверхности видны лишь крышки колодцев

   Смотровые колодцы располагаются по углам дома.

   Кольцевой дренаж проще по технологии, чем пристенный

3. Пристенный глубинный дренаж очень похож на кольцевой, но делается вплотную к фундаменту и применяется при ленточном фундаменте.

   Пристенный глубинный дренаж — гарантированное спасение от грунтовых вод

   Часто его применяют в комплекте с кольцевым дренажом.

   Пристенный и кольцевой дренажи (схема) часто используются вместе

4. Пластовый глубинный дренаж применяется тоже для убережения дома от воды при плитном фундаменте, но не только: при строительстве он отводит грунтовые воды от котлована. Соответственно, делается он до строительства дома. Котлован роется больше того, какой нужен для фундамента, формируется уклон от центра к краям, засыпается дренирующим материалом, выравнивается, на этой подушке делается фундамент.

   Пластовый дренаж делается еще до фундамента и соединяется потом с пристенным или кольцевым дренажом

   Иногда в толще дренирующего материала дополнительно укладываются дрены. По краям должна быть пристенная или кольцевая дренажная система.

   В толщу пластового материала уложены дрены, соединенные с пристенным внутренним дренажом

5. Можно вспомнить методы наших дедов и сэкономить на дренах и геотекстиле. Конечно, они гораздо более трудозатратны. Например, с помощью кусков старых керамических труб; жердей; имитации труб из трёх досок.

   Дедовские методы дренирования всегда хороши, быстры и дёшевы

6. Для фашинного дренажа роются траншеи, на песчаную подушку укладываются связки веток, которых всегда много на любом садовом участке, затем засыпаются щебнем и грунтом. Ветки, конечно, через 15–20 лет сгниют; но до этого дренаж будет вполне полноценно работать. Да и потом структура почвы в траншеях будет гораздо более рыхлой, и какое-то дренирование продолжит происходить.

   Схематическое изображение фашин — пучки прутьев, связанные прутьями же

7. Простой, быстрый и очень дешёвый способ — использовать пластиковые бутылки ёмкостью полтора литра двумя способами. Первый: у бутылок отрезается донышко, и они туго вставляются одна в другую горлышком без крышечек в одном направлении. Получаются полноценные не вполне герметичные, как и нужно для дренажа, трубы, которые укладываются в траншеи на дренирующий материал.

   Трубы из бутылок сделать достаточно просто, надо лишь иметь хороший острый нож для отрезания донышек

   Второй: закупоренные бутылки, уложенные двумя рядами в траншею, просто создают воздушную подушку.

   Дренаж из завинченных пластиковых бутылок — отличный способ их утилизации и средство для создания дренажной воздушной подушки

Вертикальный глубинный дренаж

Это — редко применяемый способ: только в случаях, когда на участке нет уклона и нет удобных возможностей для сброса воды. В разных местах участка, обычно — возле построек, ставятся вертикальные колодцы и отстойники, с автоматическими насосами. Когда поплавок поднимается до определённого уровня, включается насос и вода откачивается.

Колодец вертикального дренажа без автоматического насоса с непроницаемой крышкой

Дренажная скважина

Разновидность вертикального дренажа — дренажная скважина. Они применяются для почв, хорошо пропускающих воду. Осадки просачиваются сквозь первый, проницаемый для воды, слой почвы и остаются «линзами» в грунте, потому что не могут пройти дальше через второй, водонепроницаемый слой. Чтобы убрать эти «линзы», нужно пробить второй, водоупорный, слой почвы, и вода уйдёт вглубь. Буром делается скважина глубиной от 4 до 10 метров в зависимости от грунта. На реечном каркасе делается «рукав» из геоткани соответствующей длины и вводится на всю глубину скважины, затем туда засыпается щебень или иной дренирующий материал, закрывается водонепроницаемой крышкой и засыпается землёй. Обычно делается несколько скважин.

Схема проницаемой сверху почвы, при которой образуются внутренние «линзы» воды

Чтобы убрать эти «линзы», нужно пробить второй, водоупорный, слой почвы, и вода уйдёт вглубь. Буром делается скважина глубиной от 4 до 10 метров в зависимости от грунта. На реечном каркасе делается «рукав» из геоткани соответствующей длины и вводится на всю глубину скважины, затем туда засыпается щебень или иной дренирующий материал, закрывается водонепроницаемой крышкой и засыпается землёй. Обычно делается несколько скважин.

Бурение дренажной скважины делается на такую глубину, чтобы пробить водонепроницаемый слой почвы

Отвод ливневых вод

По классификации её тоже относят к открытому дренажу (но она имеет существенное отличие — лотки., решётки и пескоуловители) и поверхностному дренажу. Она применяется для локального сбора и вывода воды, поступающей сверху: дождь, снег, мытьё машины, полив шлангом дорожек. Поэтому такой дренаж всегда делается в фундаментной отмостке, на дорожках и мощёных участках, в гаражах и вокруг гаражей, даже на газонах — и делится на два типа: точечный и линейный.

Чаще всего необходим поверхностный дренаж обоих типов — точечный и линейный

Точечный поверхностный дренаж

Небольшие квадратные, прямоугольные или круглые водосборники (дождеприёмники) точечно устанавливаются в необходимых местах: под водосточными трубами, водопроводными кранами, на площадках, дорожках, возле гаражей и так далее. Как правило, они соединяются с ливневой канализацией. Решётки водосборников обычно делаются пластмассовыми, но там, где предполагается особенная нагрузка, применяются сталь, алюминий, чугун.

Точечный поверхностный дренаж с чугунной решёткой под водостоком — эффективная конструкция

Дождеприёмник имеет довольно простое устройство.

Устройство дождеприёмника для точечного дренажа: решётка, пескоуловитель, труба

Точечные и линейные дождеприёмники обязательно комплектуются пескоуловителем, чтобы не случилось засора труб: тогда эффективность дренажа упадёт до нуля. В точечном дождеприёмнике пескоуловитель ставится в сам корпус. Без них обойтись нельзя.

Точечный поверхностный дренаж устанавливается:

• в отмостке вокруг дома;
• перед входной дверью в дом;
• на газонах.

  Точечный дренаж бывает и на газонах, чтобы исключить заводнение газона

Дренаж поверхностный линейный

Он удаляет сразу с большой площади большое количество воды. Это лотки, установленные с соблюдением уклона, дополненные решётками и пескоуловителями. Пескоуловители в отличие от точечного дренажа ставятся не в сам лоток, а на границе его сопряжения с трубами, ведущими к водосборнику.

Элементы линейного дренажа: пескоуловитель, решетка, лоток, крепёж, заглушка

Линейный дренаж устанавливается:

Детали системы для отвода ливневых вод

Это лотки, решётки и пескоуловители.

Лотки и решётки

Лотки могут быть разных размеров и производиться из полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида, бетона, полимербетона, композитных материалов. Решётки, как и для дренажа точечного, могут быть пластмассовыми, металлическими, чугунными.

Тип лотков и решёток для поверхностного линейного дренажа выбирается в зависимости от количества поступающей влаги

Пескоуловитель

Он имеет корпус из пластика, а иногда — бетонный или композитный. В него вставляется пластиковая корзинка, которая облегчает очистку. Вода приходит сверху, а уходит через боковой отвод, расположенный выше уровня дна корзинки. Песок и частички почвы оседают на дне, а в систему проходит чистая вода.

Разобранный пескоуловитель с корзинкой для сбора песка и мусора; это — очень эргономичная конструкция

Они бывают разных размеров и обладают разными улавливающими способностями. Поэтому их число, конструкцию и качество нужно подбирать, опираясь на ваши обстоятельства: среднее количество осадков, характер грунта (глинистый, песчаный), рельефа. Обычно производитель описывает варианты применения пескоуловителя на упаковке.

Пескоуловитель пластиковый для линейной системы в сборе: хорошо видно, откуда выходит чистая вода

Дренажная система и ливневая канализация

Согласно всем руководствам нельзя объединять системы дренирования участка и дома и системы поверхностного точечного и линейного дренажа. Для последнего делается отдельная система, которая называется ливневая канализация. Трубы обеих систем часто идут параллельно в одном направлении, под одним углом, но ливневая канализация всегда располагается выше грунтовой.

Ливневая канализация всегда располагается выше грунтовой, и они приходят к одному водоприёмнику

Монтаж дренажа — поэтапная технология

Сначала важно осознать, насколько обводнённый участок нам достался. В идеале даже проект дома должен разрабатываться вслед за получением геологического заключения о качествах участка. Причём кивнуть на соседа не выйдет: как правило, даже соседние наделы порой разительно отличаются друг от друга. Поэтому нужно получить довольно много документов.

1. Топографический план с кадастровыми границами.

   Пример профессиональной топосъемки частного земельного участка: это слишком сложно для самостоятельного исполнения

2. Описание грунта и глубина залегания разных его видов (данные из пробурённых скважин).
3. Физические и химические его качества — глубина промерзания, лёгкость смачивания. Какие почва даст соединения с водой, и как они будут влиять на постройки и растения.
4. Механические качества грунта: пучинистость, склонность к оползанию и просадке. Выдержит ли он фундамент.
5. Глубина почвенных вод и сезонные изменения этой глубины.

   Схема грунтовых вод на участке показывает, какой вид дренажа на этом участке нужнее

Если участок уже обжитой, то можно пообщаться с соседями, посмотреть на их постройки. Это — прекрасная информация.

Сырой подвал у соседей покажет весь драматизм ситуации

Уровень колодцев и скважин тоже доложит об уровне почвенной воды. Кроме того, если на участке растут крапива, осока и тем более — камыш, это признак того, что влага подходит к поверхности до двух с половиной метров. Если же растёт полынь — значит, всё безопасно.

Наличие конского щавеля тоже говорит о близости грунтовых вод

Скопление тумана по вечерам и яркая трава в летнюю сушь подтверждает близость влаги. Если после дождей долго не просыхают лужи — значит, земля глинистая, соответственно, дренаж тоже необходим.

Тогда становится ясно, нужно ли дренирование — и если да, то какого типа.

Всегда надо помнить: чем проще дренажная система, чем меньше в ней составных частей и чем дольше она может существовать без контроля и ремонта — тем она надёжней.

Схема будущего дренажа

Мы собрали информацию о составе грунта и почвенных водах, уклонах, рельефах и контурах нашего участка и можем прикинуть схему будущего дренажа. Но гораздо лучше отдать проектирование профессионалам. Тогда проект будет безупречен, и у вас на руках будет расчёт точного количества труб, фитингов, колодцев, щебня, геотекстиля. Это даст возможность определить общую длину дрен, глубину их укладки, глубину и количество колодцев.

Мы получим:

1. План с размеченным рельефом.
2. Чертёж околодомового дренирования — пристенного, глубинного, кольцевого. На нём будут размечены количество дрен, их сечение и место укладки, локация колодцев, глубина залегания, ширина и глубина траншей и все уклоны; количество геотекстиля, щебня и так далее.
3. Аналогичный чертёж для дренажа на огороде и в саду — включая шаг между дренами в «ёлке».
4. Аналогичный — для поверхностного дренирования, линейного и точечного: с расчётом размера лотков, решёток и дождеприёмников, размера и количества пескоуловителей, а также — дрен и колодцев.
5. Расчёт деталей и материалов.
6. Пошаговое описание работ и руководство.

Пример професссионального чертёжа необходимого дренажа с указанием материалов и видов дренирования

СНиП

Эта схема создана согласно жёсткой регламентации, она же — руководство и библия всех владельцев приусадебных участков — «Строительные нормы и правила», СНиП 2.06. 15–85 «Инженерная защита территории от затопления и подтопления». Прежде всего она гласит:

Создание дренажной системы участка необходимо для земель с высоким содержанием влаги и обильным выпадением дождей, приводящим к вымоканию.

СНиП 2.06. 15–85 «Инженерная защита территории от затопления и подтопления» http://docs.cntd.ru/document/5200022

Там есть точный свод того, чему мы должны следовать.

Правила устройства дренажа

1. Основное правило: в создании любой системы осушения участка важно соблюдать уклон дрен в сторону водосборника или водоотвода. Если участок ровный, то уклон делается с помощью постепенного углубления траншей в сторону водосборника. Эмпирически выведен достаточный уклон, зафиксированный в СНиПе: для глин и суглинков — 2 сантиметра на 1 метр дрены, для песков — 3 сантиметра. При меньшем уклоне вода будет уходить, но медленней, а дрены будут заиливаться и засоряться. Кроме того, трудно точно соблюсти уклон в 1 сантиметр на метр. Поэтому гораздо проще сделать его в 5 сантиметров на метр. Это обеспечит прекрасную скорость прохождения воды и большую долговечность системы.

   Правильный уклон системы дрен обеспечит хорошее прохождение воды к водостоку

2. Водосборник (или водоотвод) ставится в самом низком месте участка. Если участок ровный, то водосборник должен располагаться глубже всей системы. Но если участок плоский, но большой, то необходимый перепад получится настолько большим, что придётся сделать несколько водосборников.

   Древовидная схема прокладки дренажа хороша, когда участок равномерно заводнён

3. При укладке линейного дренажа «ёлкой» шаг между ветвями дрен тоже зафиксирован в таблицах СНиПа.

Таблица: расчёт шага между дренами «ёлки» согласно СНиП

Тип грунта	Проницаемость К (м/c)	Интервал подземного дренажа S (м, зависит от глубины траншеи)
		D = 1 м	D = 1,3 м	D = 1,6 м
Глина	3х107	5 м	6 м	8 м
Ил	5х106	18 м	25 м	30 м
Песчаный ил	3х105	47 м	62 м	77 м
Заиленный песок	7х105	67 м	88 м	109 м

Согласно СНиП выбираются и элементы дренажной системы, в частности — трубы.

Трубы для системы осушения

Укладка

Рассмотрим пристенный глубинный дренаж. Это сложная и хлопотная конструкция, но она идеально защитит дом от любой влаги. Обычно его сооружают, если в доме есть подвальные и полуподвальные помещения, ещё при строительстве фундамента, вокруг основания дома, глубже фундамента на полметра.

Схема пристенного фундамента в разрезе хорошо демонстрирует все этапы его сооружения

По углам трубы подходят к смотровым колодцам.

Смотровые колодцы расположены по углам пристенной системы дренажа

Отводящий воду за пределы участка коллектор врыт в наиглубочайшем месте.

Схема расположения коллектора по отношению к трубам кольцевого и ливневого дренажа

1. В вырытые глубокие траншеи насыпается песок, слоем толщиной в 15 сантиметров.

   Песчаная подушка под дрены толщиной 15–20 см обязательна

2. Затем вкладывается и расправляется геотекстиль, затем — всыпается 10 сантиметров чистого щебня. На гравий в канавы кладутся трубы с отверстиями.

   Укладка труб вокруг фундамента — дело несложное, если соблюдать все правила

3. Трубы с помощью разнообразных фитингов — тройников, углов и так далее, монтируются между собой, колодцами и собирающим коллектором.

   Схема прокладки и монтажа пристенного дренажа поэтапно

4. Затем они тщательно засыпаются промытым гравием (10 сантиметров), края геоткани высвобождаются, натягиваются, внахлёст обматываются вокруг дрен и фиксируются проволокой или скотчем. Слой песка или щебня послужит фильтром для задержки грязи. Сверху всю конструкцию засыпают рыхлым грунтом или мостят.

   Засыпаем сначала трубы щебнем, затем делаем отмостку

5. Когда почвенные воды поднимаются, они пропитывают почву вокруг дрен и просачиваются в дрены. Там скорость течения высока, и вода мгновенно уносится в колодец. Поэтому вода никогда не достигнет фундамента.

Чистка дренажа

Закрытый дренаж большого ухода не требует. Разве что профилактики насосов. Открытый же требует особого ухода.

1. Канавы нужно постоянно чистить от засоров и ила, восстанавливать уклоны, засыпанные щебнем канавы требуют замены щебня раз в несколько лет из-за его заиливания. В канавах с удовольствием приживаются растения. При наличии открытого дренажа нужно искоренить на участке тополя, ивы, осоку.
2. Поверхностный дренаж как линейный, так и точечный, требует регулярной чистки пескоулавливателей.

Видео: дренажная система грунтовых и водосточных вод в частном доме

Сделать дренаж на участке своими руками совсем не легко. Но если понимать его основные принципы и разбираться в его классификации, то вам это обязательно удастся при желании и старании.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Дренаж: виды и типы, устройство дренажа

Некоторые негативные последствия переувлажнения грунтов:

• Проседание и деформация фундаментов и стен;
• увеличение коррозионной активности грунтов и грунтовых вод по отношению к бетону и металлу вызывающие разрушение несущих конструкций;
• затопление подземных частей зданий и сооружений;
• образование плесени и грибкового налета;
• морозное пучение грунтов с просадкой при оттаивании;
• образование наледей;
• заболачивание территории;
• ускорение процессов разложения и распространения инфекций, и как следствие ухудшение санитарно-гигиенических условий;
• возникновение угрозы оползневых смещений на склонах и откосах;
• деградация зелёных насаждений.

Разделение и виды дренажей

(Для более полного ознакомления с типами дренажных систем, проектированием и устройством дренажа рекомендуем ознакомиться со статьей «Дренажные системы».)

В зависимости от расположения по отношению к водоупору выделяют два типа дренажей: СОВЕРШЕННЫЙ и НЕСОВЕРШЕННЫЙ.

Дренаж совершенного типа закладывается на водоупоре, и полностью пронизывает водоносный слой. Дренаж несовершенного типа закладывается выше водоупора. Если водоупорный слой находится на небольшой глубине, то предпочтение следует отдавать дренажам совершенного типа.

По конфигурации в плане различают: КОНТУРНЫЕ, ЛИНЕЙНЫЕ (ДВУХ , ТРЁХЛИНЕЙНЫЕ ), КОМБИНИРОВАННЫЕ схемы.

По эффекту водозащиты дренажи бывают: ОБЩИЕ — обеспечивают общее понижение грунтовых вод на осушаемой территории и МЕСТНЫЕ — для защиты отдельно стоящего здания. К общим дренажам относятся ГОЛОВНОЙ или БЕРЕГОВОЙ и СИСТЕМАТИЧЕСКИЙ.

Для осушения территорий, подтопляемых потоком грунтовых вод с областью питания, расположенной вне этих территорий, следует устраивать ГОЛОВНОЙ дренаж. Квартиры посуточно тут, гостиницы в Новосибирске здесь. Закладывается головной дренаж по верхней, по отношению к подземному потоку, границе дренируемой территории. Оптимальное решение пересечение трассой дренажа потока подземных вод по всей ширине с заглублением дрен в водоупорный слой.

На территориях, где грунтовые воды не имеют ярко выраженного направления потока, следует устраивать систематический дренаж.

Расстояние между дренами, сечение дренажных труб и глубина их заложения зависят от многих факторов и определяются расчётом. На практике головной и систематический дренажи часто применяются совместно.

К местным дренажам относятся среди прочих: КОЛЬЦЕВОЙ, ПРИСТЕННЫЙ, ПЛАСТОВЫЙ и КОМБИНИРОВАННЫй.

Конструкции дренажа

Для дренажа использовались различные материалы (рис. 2.4.4) и в зависимости от этого его называют гончарным; пластмассовым; деревянным трубчатым; жердяным; фашинным; каменным. Устраивают также кротовый и щелевой дренаж, не требующий строительных материалов. Наибольшее распространение получил гончарный и пластмассовый дренаж.

Рис.2.4.4. Виды дренажа: а — гончарный; б – жердяной; в – фашинный; г – деревянный трубчатый; д – каменный; е — кротовый

Трубки из гончарного дренажа изготавливают из хорошо обожженной глины. По ГОСТ 8411-74 внутренний диаметр трубок 50; 75; 100; 125; 150; 175; 200 и 250 мм при длине трубки 333 мм. дренажные трубки укладывают в траншею, вода поступает через зазоры между трубками. Зазоры для предотвращения заиления обкладывают фильтрующим материалом – стеклотканью, мхом, инертными и рулонными защитно-фильтрующими материалами и пр. Прокладку дренажа выполняют специальными многоковшовыми экскаваторами (ЭТЦ-202; ЭТЦ-171) или обычными.

Пластмассовый дренаж – трубки, изготавливаемые из полихлорвинила или полиэтилена диаметром 42÷125 мм длиной от нескольких десятков до сотен метров. Для поступления воды вдоль трубок делается несколько рядов перфораций. Для предотвращения заиления трубки покрывают защитно-фильтрующими материалами. Пластмассовый дренаж прокладывают траншейным или бестраншейным способом. Траншеи роют многоковшовыми экскаваторами, при бестраншейном способе применяют дреноукладчики типа ДПБН-1,8, навешиваемый на трактор, формируют узкую щелевидную траншею, на дно которой укладывают трубку, подаваемую с барабана. При укладке трубка обматывается лентой из рулонного защитно-фильтрующего материала. Срок службы гончарного и пластмассового дренажа более 50 лет.

Дренаж из деревянных труб изготавливают из досок твердолиственных или хвойных пород. Трубы сбивают из досок разной длины (3÷4 м), что обеспечивает соединение стыков вразбежку. Для поступления воды в трубу помещают прокладки под верхнюю доску. Срок службы дренажа в минеральных грунтах составляет 12÷15 лет, в торфяных – 50 лет.

При устройстве жердяного дренажа на дно траншей вдоль откосов укладывают по одной жерди толщиной 8-10 см, на которые укладывают поперечные прокладки со сплошным настилом наверху. Применяют такой дренаж на торфяных почвах. Срок службы – до 20 лет.

Фашинный дренаж выполняется из хвороста толщиной 15-30 см. Дренаж такой конструкции применяют при осушении отдельных понижений небольшой длины.

Каменный дренаж получают путем заполнения траншей камнем с неплотной укладкой. Его применяют редко из-за высокой стоимости материала.

Кротовый дренаж устраивают путем прокладки в грунте на глубине 40-70 см полостей, напоминающих кротовые ходы. Разновидность – щелевой дренаж, когда вместо круглой делают щелевидную полость. Для прокладки кротовых дрен используют дренажную машину ДКТ-100 со специальным ножом, нарезающим вертикальную щель требуемой глубины. Такой дренаж применяют на торфяных или тяжелых суглинистых грунтах. Срок действия кротовых дрен – 3-4 года.

Закрытые собиратели могут быть беструбчатыми, с заполнением траншей дренирующим материалом или трубчатыми, состоящими из дренажной трубы, уложенной на подготовленное основание и снабженной фильтрующей обсыпкой (рис. 2.4.5).

Рис. 2.4.5. Схема конструкции трубчатого дренажа а) дрена несовершенного типа; б) совершенного типа

1 – естественный УГВ; 2 – обратная засыпка местным грунтом; 3 – песок с коэффициентом фильтрации на менее 5 м/сут; 4 – песок крупнозернистый; 5 – гравий крупностью 3-10 мм; 6 – труба; 7 – гравий или щебень, втрамбованный в грунт; l – расстояние от защищаемого объекта (см).

Обсыпку делают многослойной, используя песчано-гравийную смесь, керамзит, шлак, полимерные и другие материалы, удовлетворяющие требованиям прочности и морозоустойчивости. Для внутреннего слоя, приле­гающего к трубе, применяют материалы относительно крупной фракции — сортированный гравий или щебень, а для наружных слоев, контактирующих с грунтами, — мелкой. При этом последовательно увеличивают крупность материалов по мере приближения слоев к трубе, т.е. устраивают обсыпку по типу обратного фильтра. Фильтрующая обсыпка одновременно с водозахватывающей функцией несет и водозащитную, предотвращая суффозию и заиливание дренажного коллектора частицами осушаемого грунта. Поэтому состав и количество ее слоев определяют условиями устойчивости против суффозии и кольматажа и устанавливают расчетом параллельно с подбором размера водоприемных отверстий. Конструктивные формы фильтрующих обсыпок и их размеры зависят от гидрогеологических условий и способа разработки траншей, в которые укладывают дрены.

Для несовершенного дренажа обсыпку устраивают со всех сторон, учитывая направление поступления воды (рис. 2.4.5,а) и характер осушаемых грунтов. Для совершенного дренажа, где нет поступления воды снизу, обсыпку делают незамкнутой (рис. 2.4.5,б), перекрывая водоупор слоем песка 5÷10 см и укрепив дно траншеи втрамбованным в грунт щебнем. Конфигурация обсыпки в поперечном сечении может быть прямоугольной (ее выполняют в опалубке) или иметь форму трапеции с устойчивыми откосами (ее отсыпают без опалубки). Представленные выше схемы отражают основные нормируемые параметры элементов конструкции дренажа, которые необходимо установить в процессе проектирования.

В настоящее время используют конструкции фильтров, сочетая песчано-гравийные материалы с геотекстилем, позволяющим предотвратить заиление дренажных труб и обеспечить их эффективную работу. Такие геосинтетические материалы обладают универсальными фильтрующими свойствами и обеспечивают их даже под давлением. Они не подвержены гниению, устойчивы в агрессивных средах, а также по отношению к насекомым, грызунам и бактериям.

Дренажные трубы могут быть с перфорацией или иметь стенки из пористого бетона или полимербетона, тогда их называют трубофильтрами и укладывают на однослойную песчаную обсыпку. Для дренажа используют керамические, асбестоцементные, бетонные или поливинилхлоридные трубы. В агрессивных по отношению к бетону грунтах и воде применяют только керамические или поливинилхлоридные трубы. Минимальные размеры труб принимают конструктивно, обычно 150 — 200 мм. Исключение составляют трубофильтры, наименьший диаметр которых 100 мм, а также отводящие дрены сопутствующего дорожного дренажа, диаметр которых 80 мм.

Галерейные дрены – это дрены, имеющие значительные размеры, позволяющие продвижение по ним человеку (рис.2.4.6) Галерею высотой 1,6÷1,8 м называют галереей проходного сечения, а 0,9÷1,2 м – полупроходного сечения. В городских условиях галерейные дрены применяют редко, в основном в ответственных случаях, когда требуется тщательный надзор за работой дренажа (обычно это дренаж с большой глубиной заложения).

Рис.2.4.6. Железобетонные галереи овоидальной формы (размеры в см)

1 – гравий; 2 – щебень; 3 – дощатое основание; 4 – железобетонная труба; r – радиус свода галереи.

Конструкции пластовых дренажей разнообразны в зависимости от очертания сооружений, глубины заложения фундаментов и характера дренируемых грунтов.

При защите подвалов зданий устраивают площадной пластовый дренаж в виде фильтрующих слоев, отсыпаемых по дну котлована (рис. 2.4.7). Их состав и параметры (количество и толщину) назначают в зависимости от ширины защищаемого сооружения, характера подстилающих грунтов и величины притока подземных вод. Эти параметры рассчитывают, определяя водопропускную способность слоев постели пластового дренажа.

Рис. 2.4.7. Схема конструкции пластового площадного дренажа

1 — гидроизоляция; 2 — местный грунт; 3 — крупнозернистый песок; 4 — гравий или щебень; 5 — труба; 6 — пластовый дренаж; 7 — перепускная труба, наполненная щебнем или гравием

Рис. 2.4.8. Схема конструкции пластового дренажа с геотекстилем (а) и с песчано-гравийным

фильтром (б)

1 — пол подвала; 2 — гравий или щебень; 3 — труба поперечной дрены; 4 — крупнозернистый песок; 5 — местный грунт; 6 — геотекстиль «Тайпар»

Фильтрующие слои отсыпаются не только под полом, но и за наружными стенами сооружения, что позволяет отвести воду, а при необходимости и перехватить боковой приток подземных вод. При большой площади помещения необходимо проложить дополнительные дрены пластовые или трубчатые в поперечном направлении под полом. Трубчатые дрены небольшого диаметра, снабженные обратным фильтром, размещают в неглубоких канавках, а пластовые устраивают в виде одноленточных закрытых дренажей. Их конструкцию и размещение определяют тип и конструкция фундамента, а также гидрогеологические условия строительной площадки. Выпуск воды из внутреннего контура производят за счет уклона поперечных дрен через трубу, заполненную гравием (Рис. 2.4.7), или непосредственно через фильтрующие обсыпки, если фундамент устроен из отдельных колонн. Приемниками дренажных вод служат кольцевые или пристенные дренажи, которые, как правило, сочетают с пластовым и прокладывают по наружной стороне здания.

Фильтрующие слои пластового дренажа могут сочетать в конструкции использование геосинтетических материалов и гравийного (щебе­ночного) слоя. Геотекстиль обеспечивает не только необходимые фильтрационные свойства, но и защищает гравийный слой и трубу от засорения (рис. 2.4.8,а), также могут быть выполнены из песчано-гравийной смеси (рис. 2.4.8, б).

В основании мощных фундаментных плит пластовый дренаж устраивается из хорошо проницаемых инертных материалов (песок, щебень) с защитой от кольматажа высокопрочным геотекстилем. Заслуживают внимания современные рулонные материалы гофрированной структуры с различными по размерам округлыми выступами. Такой профиль может гарантировать пропуск воды до 10 л/с на пог. м. Отвод воды из пластового дренажа под фундаментной плитой обеспечивают традиционным способом, заводя геотекстиль за наружный контур здания.

Пластовые дренажи применяют также для защиты подземных коллекторов (рис. 2.4.9) и дорожных одежд. Также дренажные конструкции называют сопутствующими. Их выполняют одновременно со строительством защищаемых объектов, разрабатывая канавки, в кото­рые укладывают дренажные трубы небольшого диаметра с уклоном в сторону водоприемника.

Профилактический дренаж подземных коллекторов, закладываемых в глинистых и суглинистых грунтах при отсутствии наблюденных подземных вод, можно устраивать в виде пластового одноленточного без продольного сопровождающего трубчатого дренажа.

Рис. 2.4.9. Схема сопутствующего пластового дренажа для защиты подземных коллекторов

1 — подземный коллектор; 2 — местный грунт; 3 — крупнозернистый песок; 4 — фильтрующие обсыпки; 5 — труба; 6 — фильтрующие слои

Это допустимо на верховых участках каналов длиной не более 50 -100 м в зависимости от расчетного количества фильтрующих слоев дренажа. На остальном протяжении профилактический дренаж проектируют с продольной трубчатой дреной. Коллекторы сопутствующего дренажа, уложенные в одну траншею с водостоком, размещают в зависимости от глубины их заложения рядом или выше водостока. В последнем случае дренаж работает короткими участками с выпуском в каждый смотровой колодец дождевого коллектора без устройства этих колодцев на дренажной сети.

Назначение и конструкция дренажей | Осушение земляного полотна дренажами

О пользе дренажа для повышения службы дорог писали еще более 100 лет назад Джон Л. Макадам и Егор Головачев.

В США установлено, что стоимость дорожных одежд с неудовлетворительным дренажем может не менее чем в 2 раза превзойти стоимость их строительства с правильно запроектированным, эффективно работающим в течение многих лет дренажем.

Эффективность осушения земляного полотна зависит от природных условий местности, его профиля, качества песка и конструкции самого дренажа. Дренажи обычной конструкции понижают уровень подземных вод за счет удаления из грунтов лишь свободной воды. В этом случае в расчетный период года не подтопляются подземные коллекторы, смотровые колодцы и подвальные помещения. Лишь при коэффициенте фильтрации грунтов К≥1 м/сут глубокие дренажи способны понизить уровень подземных вод.

В связных грунтах с меньшим коэффициентом фильтрации и высоким значением капиллярной влагоемкости Wк их применение неэффективно. Такие грунты при относительной влажности We  = (0,8…0,85) Wк под влиянием динамики грузового транспорта приобретают текучее состояние. В зимний период независимо от конструкции глубоких дренажей образуются ледяные прослойки, наблюдается морозное пучение. Весной влажность достигает капиллярной влагоемкости; прочностные свойства пылеватых грунтовых разностей (модель упругости и сопротивление сдвигу) понижаются более чем в 2 раза. Дренаж не в состоянии снизить капиллярную влагоемкость: капиллярная вода находится под воздействием сил поверхностного натяжения, и ее значение можно уменьшить лишь путем испарения либо устройства дренажей мелкого заложения (рис. 10.1)

Рис. 10.1. Схема дренажа мелкого заложения для осушения дренирующего слоя, обеспечивающего фильтрацию воды в капиллярном виде
1 — покрытие и основание на полосе безопасности шириной В1; 2 — дренирующий слой; 3 —зона капиллярной воды с отрицательным гидростатическим давлением; 4 — покрытие и основание на ширине половины проезжей части; 5 —депрессионная кривая; 6 — направление фильтрации воды в капиллярном виде под действием вакуум-напора hσ1; 7 — направление поступления свободной воды q, л/(м²·сут), в период оттаивания земляного полотна; 8 — зона свободной воды; 9 —трубчатая дрена диаметром 50—100 мм; 10 — основание из втрамбованного щебня в грунт; 11 — слой свободной воды, движущейся в дрене; 12 — борт с бетонной подушкой; i — поперечный уклон корыта (i≥20‰)

Дренажные сооружения

U. S. Concrete Products Corporation производит дренажные конструкции, которые могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными. Круглые дренажные конструкции могут изготавливаться от 36 дюймов внутри и до 144 дюймов в диаметре. Квадратные и прямоугольные водосточные конструкции могут быть изготовлены практически любых размеров. Многие размеры могут поставляться с цельнолитыми основаниями. Все дренажные конструкции построены в соответствии с ASTM C478, который является стандартной спецификацией для сборных железобетонных санитарных секций колодцев.

Дренажная конструкция или ливневая канализация — это дренаж у обочины, единственная функция которого состоит в том, чтобы собирать дождевую воду с наших владений и улиц и транспортировать ее к местным водным путям через систему подземных трубопроводов, водопропускных труб и / или дренажных канав. Ливневые стоки также можно найти на стоянках и служат той же цели.

Дренажные конструкции могут поставляться с воротниковыми поверхностями или плоскими плитами, если этого требует работа.

U. S. Concrete Products Corporation может производить сборные квадратные и прямоугольные конструкции для выполнения любых конкретных требований, включая все конструкции FDOT.Базовые секции могут быть литыми или отдельными. Верхние плиты можно изготовить практически любой конфигурации. Все конструкции построены в соответствии с ASTM C913- «Стандартные технические условия для сборных железобетонных водопроводных и канализационных сооружений».

Прямоугольные камеры могут использоваться в качестве входных отверстий на дне канав, водосборных бассейнов, жироуловителей, септиков для частного использования, водосточных сооружений водно-болотных угодий, отстойников, счетных хранилищ, хозяйственных хранилищ, клапанных коробок, перехватчиков нефти из песка, дренажных колодцев и для многих других целей.

U.S. Concrete Products может изготовить ЛЮБОЙ размер, необходимый для вашего проекта. Вот некоторые из наиболее распространенных размеров, которые мы производим:
B Box… 46X50 36-дюймовый квадрат
C Box… 24X37 42-дюймовый квадрат
D1 Box… 17×27 48-дюймовый квадрат
D Fdot Box… 37X49 60-дюймовый квадрат
E Fdot Box… 36X54 72-дюймовый квадрат
G Fdot Box… 60X60 84-дюймовый квадрат
H Fdot Box… 36X79 или 36X106 96-дюймовый квадратный
J Fdot Box… 42X72 или больше
M. Б.И. 217… 24X48
B.W.I. 218… 39X44
S или V… 39X46
Если вам нужен размер, не указанный выше, U.S. Concrete Products может сделать ЛЮБОЙ размер, необходимый для вашего проекта.

Раздел 28.52 СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ / ДРЕНАЖА

Глава 28.52

СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ОРОШЕНИЯ / ДРЕНАЖА

Ячейки:

28.52.010 Введение.

28.52.020 Переходы через оросительные канавы (поперечно-дренажные сооружения).

28.52.030 Сифоны перевернутые.

28.52.040 Овершьюты (желоба и трубы).

28.52.010 Введение.

Большое количество сельскохозяйственных ирригационных сооружений существует в округе Меса, и многие исторически задерживали сток из сельских и сельскохозяйственных районов с незначительными последствиями. Однако развитие (урбанизация) этих территорий приводит к ливневым стокам с гораздо более высокими пиковыми стоками и большими общими объемами.Кроме того, эта урбанизация часто отрицательно сказывается на качестве сточных вод. В результате традиционная практика использования оросительных канав, дренажных канав и резервуаров для контроля ливневых стоков должна быть пересмотрена в каждом конкретном случае.

Рекомендуется, чтобы проектировщик / инженер, столкнувшись с конкретным взаимодействием ирригационных / дренажных сооружений, подробно рассмотрел GJMC 28.16.200–28.16.230. Только после тщательного изучения и понимания данной главы и при согласовании с вовлеченными сторонами пользователь может приступить к конкретным задачам, которые необходимо выполнить.Кроме того, проектировщика / инженера предупреждают о необходимости убедиться в том, что не произойдет повреждение свойств, находящихся ниже по течению, в результате обхода ливневого стока.

(Постановление 40-08 (§ 1301), 3-19-08)

28.52.020 Переходы через оросительные канавы (поперечно-дренажные сооружения).

В ливневой канализации часто встречаются оросительные канавы, каналы или даже водоводы, особенно в сельскохозяйственных районах. Округ Меса содержит большой процент сельскохозяйственных земель, поэтому взаимодействие систем ливневых стоков и сельскохозяйственных ирригационных сооружений является обычным явлением, особенно для новых застроек.Ливневые стоки часто заглубляют с достаточным укрытием, чтобы полностью избежать взаимодействия с существующими оросительными сооружениями. Однако иногда может возникнуть необходимость в установке дренажной трубы путем просверливания или поддомкрачивания, чтобы избежать нарушения оросительного потока. Если переворот дренажного канала достаточно низкий по сравнению с оросительной структурой, можно использовать стандартную конструкцию водопропускной трубы для перехода (см. Главу 28.48 GJMC).

В местах, где поток ливневых вод находится в открытом канале или относительно неглубокой трубе на пересечении с ирригационным сооружением, необходимо рассмотреть другие варианты.В некоторых (редких) случаях ливневой сток может попадать в оросительный канал, а затем удаляться (см. Водосбросы бокового канала в GJMC 28.36.120) в другом месте. В противном случае поток ливневых вод должен быть по возможности отделен от ирригационных систем. В GJMC 28.52.030 и 28.52.040 представлены два метода выполнения этой задачи: перевернутые сифоны и избыточные затворы. Овершуты включают в себя как лотки, так и водоотводы для отвода ливневых вод через другой канал.

(Постановление 40-08 (§ 1302), 3-19-08)

28.52.030 Сифоны перевернутые.

(a) Перевернутый сифон состоит из закрытого водовода, используемого для подачи воды под препятствием, таким как ирригационная конструкция или проезжая часть, где использование канала с непрерывным уклоном может помешать этому препятствию. Иногда называемые «провисающими трубами», трубопровод опускается до перевернутого отверстия, достаточно низкого, чтобы пройти под препятствием, а затем поднимается к перевернутому каналу на нижнем конце. Этот поток трубы выводит давление, при успешной операции зависит от того, достаточной головки на входном конце, чтобы преодолеть подъем, а также потери труб в секции сифона.

(b) Переходы рекомендуются для входов и выходов всех сифонов, чтобы снизить потери напора и предотвратить чрезмерную эрозию. Потери напора на входе уменьшают эффективный напор перевернутого сифона, тем самым требуя большей глубины входного потока для достижения того же потока через трубопровод.Бетонные переходы на входе и выходе необходимы для сифонов, которые:

(1) Перекресток железных дорог или автомагистралей штата / федерального значения.

(2) Не менее 36 дюймов в диаметре и переходят дорогу.

(3) Используются с каналом без футеровки, и скорость трубы превышает 3,5 фута в секунду.

(c) В местах, где на сифон может влиять поток грунтовых вод, может потребоваться установка муфт для уменьшения воздействия трубопроводов.В зависимости от условий на участке также могут потребоваться обрезные стены.

(d) Рекомендуется, чтобы конструкция длинных перевернутых сифонов включала продувочную конструкцию в нижней точке выравнивания, чтобы обеспечить дренаж системы (см. GJMC 28.36.170 (a)). Они могут быть предназначены для работы с насосом или самотеком. Более короткие сифоны обычно легко опорожняются насосом с любого конца конструкции.

(e) Труба, используемая для перевернутых сифонов, должна иметь номинальное давление в соответствии с требованиями проекта, должна использовать резиновые прокладки (в дополнение могут использоваться другие соединительные устройства) и соответствовать применимым критериям выбора трубы, изложенным в GJMC 28.40.120.

(f) Хорошей практикой проектирования является включение элементов в конструкцию перевернутого сифона, чтобы минимизировать риск затопления из-за того, что сифон не может должным образом передавать поток в канале. Эти функции могут включать, но не ограничиваются:

(1) Увеличенный надводный борт в верхнем канале в районе сифона.

(2) Использование нескольких стволов для обеспечения хотя бы частичной работы в случае выхода из строя одного ствола.

(3) Установка водосброса (и связанного водосброса в боковом канале) для ограничения глубины воды в верхнем канале.

(g) Перевернутые сифоны представляют значительный риск для безопасности людей и животных. Конкретные особенности должны быть включены в дизайн этих структур, чтобы помочь снизить эти риски. Рекомендуется обсудить расположение и характеристики безопасности любого предлагаемого перевернутого сифона с округом Меса и любыми местными юрисдикциями на раннем этапе процесса проектирования.В некоторых местах юрисдикция может запретить использование этих сооружений, если они представляют чрезмерный или необоснованный риск для населения.

(h) Процедура проектирования перевернутого сифона следующая (USBR 1974):

(1) Определите исходную компоновку системы со всеми известными высотами и длинами. Уклон труб между входными / выходными переходами и основной частью сифона ограничен максимальным уклоном 2: 1. Все сифонные трубы должны иметь уклон не менее 0 °.005.

(2) Определите тип требуемых входных и выходных конструкций (переходы, перегородки и т. Д.).

(3) Определите тип используемой трубы. Обычно это железобетонная труба, рассчитанная на давление.

(4) Выберите начальный размер трубы на основе таблицы на Рисунке 28.52.030 (a). Это основано на расчетном потоке, используемых переходах и субъективной длине сифона. В таблице представлены максимально допустимые скорости трубопровода для различных длин сифонов и типов переходов.Сифоны считаются относительно короткими, если они пересекаются под дорогой или каналом. На рис. 28.52.030 (a) включены только потоки до 99 CFS, поскольку обычно более экономично рассматривать мост при потоках 100 CFS или выше. Однако для транспортировки больших потоков можно использовать несколько бочек.

(5) Используя расчетный расход и свойства первоначально выбранной трубы, определите скоростной напор в трубе (Hvp) и крутизну трения (Sf). Используя нормальную глубину в восходящем канале, найдите скоростной напор (Hv1).

(6) Определите необходимый дополнительный надводный борт (FBadd) для 50 футов канала перед сооружением:

(28.52-1)

(7) Перевернутая высота переходов установлена ​​для обеспечения адекватного гидравлического уплотнения на входе (для минимизации гидравлических потерь) и предотвращения погружения на выходе.Из-за наклонного входа трубы эффективный диаметр больше диаметра трубы:

(28.52-2)

Где:

D1	=	Эффективный диаметр на входе (фут)
D	=	Диаметр сифонной трубы (фут)
α	=	Наклон впускной (α1) или выпускной (α2) трубы (градусы)

Требуемое гидравлическое уплотнение основано на разнице скоростных напоров между входным каналом и трубой:

(28. 52-3)

Где:

Hseal	=	Требуется гидравлическое уплотнение на входе, мин. 0.25 ‘(футы)
Hvp	=	Напор скорости в трубе (V2 / 2g) (футы)
Hv1	=	Напор скорости в восходящем канале (футы)

В оставшейся части этого процесса проектировщик обращается к рисунку 28.52.030 (a) для станций с A по H и J. Обратите внимание, что сифон на Рисунке 28.52.030 (a) пересекает проезжую часть. В этом разделе основное внимание уделяется пересечениям оросительных каналов, поэтому требования к покрытию могут отличаться от указанных на рисунке. Сифоны, пересекающие канал с гибкой облицовкой, должны иметь перекрытие не менее 2,0 футов, а сифоны, пересекающие канал с бетонной или другой негибкой облицовкой, должны иметь перекрытие не менее шести дюймов.

Таблица 28.52.030 представляет уравнения для поиска обратных высот на станциях с A по H:

Где:

IE	=	Перевернуть высоту (фут)
NWS	=	Нормальная поверхность воды (расчетный расход) (фут)
п.	=	Разница в отметках инверта между концами переходов (Sta.B и C или F и G) (футы)
пинлет	≤	3 / 4D (фут)
пулет	≤	1 / 2D (фут)

Обратные отметки станций D, J и E определяются требованиями к перекрытию и уклоном трубы.

(8) Определите общий доступный гидравлический напор (Hprofile) по профилю сифона:

(28.52-4)

(9) Определите приблизительную потерю напора по предварительному профилю, а также 10-процентный запас прочности, как указано в уравнении 28.52-5:

(28.52-5)

Где:

HL	=	Потери напора по профилю сифона (при 10% F.S.) (фут)
привет	=	Потери напора на входе и переходе = 0,4ΔHv (фут)
hf	=	Потери на трение в трубе = Длина трубы × Sf (фут)
ГБ	=	Потери на изгибе (см. Уравнение 28.40-26) (футы)
хо	=	Потеря напора на выходе = 0,7ΔHv (фут)
ΔHv	=	(Hvp — Hv1) ​​

Для правильной работы сифона общая потеря напора HL не должна превышать доступный напор по профилю Hprofile.

(10) Высота оголовка над переходным переворотом зависит от высоты засыпки и требуемого надводного борта. Во многих случаях верхняя отметка оголовка равна высшей отметке стены на срезе, Станция B. (Высота стены там определяется добавлением стандартного надводного борта канала к дополнительному надводному борту, рассчитанному по уравнению 28.52-1.)

(11) Переходные размеры C, B, глубина обрезки e и толщина стенки tw определены на рисунке 28.52.030 (b) (USBR 1974). Переходная длина L должна быть как минимум в три раза больше диаметра трубы D.

(12) Для большинства сифонов силы, действующие на изгибы труб, недостаточно велики, чтобы требовать дополнительных конструктивных решений. Однако для больших труб, высоких напоров, плохого состояния фундамента и больших углов отклонения необходимо учитывать упорные блоки и другие приспособления. (USBR 1974)

(13) Расположение станций C и F определяется шириной препятствия и требованиями к уклону сифонной трубы.Используя новые местоположения для станций C и F, определите новые местоположения для станций A, B, G и H и пересчитайте обратные отметки, если это применимо.

(14) Пересчитайте общую потерю напора (уравнение 28.52-5) и убедитесь, что окончательный профиль сифона жизнеспособен.

(15) Защита от эрозии может потребоваться до и / или после сифонных переходов. См. Главу 28.32 GJMC. Хомуты могут потребоваться для уменьшения воздействия трубопровода из-за просачивания вдоль внешней стенки трубы.Для более длинных труб может потребоваться выпускной (сливной) клапан. См. Раздел 906 для критериев относительно этих принадлежностей.

(16) Для сброса давления воздуха в сифонной трубе могут потребоваться вентиляционные отверстия, клапаны сброса давления или перемычки для воздуха, особенно при потоках, не превышающих пропускную способность. В трубе может произойти гидравлический скачок, который вызовет обратный поток и значительно снизит пропускную способность сифона. Вышеупомянутые приспособления позволяют выпускать захваченный воздух из трубы.См. GJMC 28.36.170 для критериев относительно этих приспособлений.

(Постановление 40-08 (§ 1302.1), 3-19-08)

28.52.040 Овершьюты (желоба и трубы).

Термин «овершьюты» относится к сооружениям с поперечным дренажом, которые проходят над нормальной отметкой водной поверхности пересекаемого дренажа. Хотя обычно используется для отвода ливневых вод (или других) через оросительный канал или естественный дренаж, другие препятствия, такие как дороги и железнодорожные пути, иногда требуют наличия этих конструкций.Если пересекаемое препятствие переносит что-либо, кроме воды (например, транспортные средства), необходимо учитывать зазор до люка. Проектировщик должен обеспечить, чтобы водоотвод, установленный на водном пути, не повлиял отрицательно на проектную пропускную способность этого водного пути. Это включает минимальный зазор в 1,0 фут над нормальной водной поверхностью водного пути.

Овершуты могут быть с открытыми каналами (лотками) или трубами, в зависимости от условий площадки. Прямоугольные секции бетонного лотка обычно используются для более крупного поперечного дренажа (например. ж., ливневые стоки) и для участков, где ожидается, что мусор будет препятствовать использованию труб. На рисунке 28.52.040 (а) представлены типичный план и профиль прямоугольного желоба с бетонным лотком. Для меньших перетоков с дренажом по экономическим причинам обычно используются отводы труб. См. Рисунок 28.52.040 (b) с типичными планами и профилями для двух типов трубных выступов. Обратите внимание, что сварная стальная труба указывается для подвешенной секции каждой из-за дополнительных сил и воздействия, которым эти секции подвергаются.Оба рисунка предполагают, что пересекаемое препятствие является существующим трапециевидным каналом.

(a) Перекрытия лотка. Конструкция вытяжного желоба («желоба») следующая (USBR 1974):

(1) Обратный наклон желоба зависит от выбранного метода рассеивания энергии на выходе из желоба. Некоторые из них, например успокаивающий бассейн, лучше всего работают с притоком сверхкритического давления. Другие, такие как капля с перегородками (GJMC 28.36.060), требуют докритического потока на входе.Кроме того, более широкая и мелкая секция лотка потребует меньшей глубины у входного бассейна и будет легче удовлетворять требованиям надводного борта. Следовательно, наиболее экономичная секция лотка может быть не самой эффективной в целом.

Если требуется сверхкритический поток, для определения критического наклона используются следующие уравнения:

	(28.52-6)
	(28.52-7)
	(28.52-8)
	(28. 52-9)
	(28.52-10)
	(28.52-11)

Где:

постоянного тока	=	Критическая глубина (фут)
кв.	=	Расход на единицу ширины (фут.)
Ac	=	Критическая зона (зф)
Vc	=	Критическая скорость (кадр / с)
Hvc	=	Напор (критический расход) (фут)
Esc	=	Удельная энергия (критический расход) (футы)
сбн	=	Критический уклон (фут. / фут)
№	=	Шероховатость Мэннинга = 0,015
R	=	Гидравлический радиус (фут)

Обратный наклон желоба должен быть как минимум на 20 процентов больше критического наклона (Sc) для выбранного поперечного сечения, чтобы избежать нестабильного потока, возникающего вокруг критического потока.

Если требуется докритический поток, наклон должен быть установлен значительно меньше критического наклона, как определено уравнением 28.52-11.

Нормальная глубина при расчетном расходе в лотке должна быть не менее 1,0 фута ниже верхней части стенки лотка для всех негерметичных выходных лотков. Нормальная глубина должна быть основана на коэффициенте шероховатости Маннинга 0,015 для целей этого критерия.

(2) Определите требуемую глубину бассейна на входном переходе, выполните.Уравнение 28.52-12 предполагает, что скорость во входном бассейне равна нулю:

(28.52-12)

Обеспечьте 2,0 фута надводного борта над глубиной бассейна в канале выше по течению от верхнего желоба и 1,0 фута надводного борта над глубиной бассейна в желобе от входного бассейна до подвешенной части.

(3) Высота стенки желоба поперек подвешенной части желоба должна быть равна максимальной глубине желоба плюс 1,0 фут надводного борта.

(4) Определите глубину потока на нижнем конце желоба, используя уравнение Бернулли итеративно на d2:

.

(28.52-13)

Где:

Es2	=	D / S Удельная энергия = d2 + Hv2 (футы)
hf	=	Потери на трение (фут)
Es1	=	Удельная энергия U / S = d1 + Hv1 (фут)
SoL	=	Перепад высот через желоб (футы)

(5) При необходимости в GJMC 28 должны быть включены успокоительный бассейн или другая конструкция для рассеивания энергии.С 36.020 по 28.36.060 и с 28.36.070 по 28.36.100.

(б) Трубные люки. Конструкция водовыпускного устройства следующая (USBR 1974):

(1) Инверсия входного перехода ограничена следующим:

(i) Между водной поверхностью оросительного канала и трубой должен быть зазор не менее 1,0 фута, если применимо. Для других типов препятствий могут потребоваться большие зазоры.

(ii) 2.Должно быть обеспечено 0 футов надводного борта берега над максимальной поверхностью воды в верхнем канале.

(iii) Потери на входе снижают полезную пропускную способность трубы. Поэтому рекомендуется, чтобы входное отверстие было погружено минимум на 1,5 Hv (труба), чтобы компенсировать эти потери и поддерживать один полный скоростной напор в трубе.

(2) Определить контроль входа / выхода:

Для управления впуском требуемая глубина на впуске (di) для выпуска Q через трубу определяется с помощью уравнения 28.52-14:

(28.52-14)

Где:

С	=	Коэффициент расхода диафрагмы = 0.6
di	=	Глубина (фут)
квартал	=	Расход (куб.фут)
А	=	Площадь поперечного сечения трубы (SF)
кв.	=	Гравитационная постоянная, 32.2 фут / с2

При регулировании на выходе необходимый напор для нагнетания Q равен потерям напора в трубе:

(28.52-15)

Где:

HL	=	Потери напора в трубе (футы)
привет	=	Потери напора на входе (фут)
hf	=	Потери на трение в трубе = длина трубы × Sf (фут)
хо	=	Потеря напора на выходе (фут)

(3) Отводы труб должны быть спроектированы так, чтобы максимальная скорость полной трубы составляла 10 футов в секунду для переходных выходов из бетона или 12 футов в секунду для выходов с перегородками.

(4) Диаметр трубы определяется по:

(28. 52-16)

Минимальный рекомендуемый диаметр водоотводящей трубы для отвода ливневой воды составляет 24 дюйма. В зависимости от ожидаемой нагрузки наносов и мусора на некоторых участках может потребоваться больший минимальный диаметр.

(5) Требования к конструкции и армированию здесь не указаны, поскольку они выходят за рамки данного руководства. Опоры должны быть расположены так, чтобы свести к минимуму возможные неблагоприятные воздействия на работу пересекаемого препятствия.

(6) Конструкция рассеивания энергии и / или другая защита от эрозии должны быть установлены после вытяжного желоба в соответствии с Главой 28.32 GJMC, GJMC 28.36.020–28.36.060 и 28.36.070–28.36.100 и Глава 28.48 GJMC.

(Постановление 40-08 (§ 1302.2), 3-19-08)

Конструкции Apex улучшают отвод воды на листьях

Капли воды, взаимодействующие с субстратом, вездесущи в нашей жизни, и их выпадение актуально во многих областях, включая микрофлюидику (1), печать (2), распыление (3), перенос (4, 5) ) и сбора воды (6), а также для выживания природных видов (7⇓⇓⇓ – 11). Многие природные виды используют свои поверхностные структуры, такие как неровности, шипы или неправильные структуры с различными очертаниями кривизны, для направленного переноса воды и обеспечения водосбережения и дренажа.Например, периодические узлы веретена и соединения паучьего шелка и иерархические изгибы растений-кувшинов транспортируют воду к желаемому месту назначения (7, 8), а ориентированные микроструктуры крыла бабочки и скопления влажных волокон на собаке выделяют нежелательную воду для стабильной движение и согреться (9, 10). Хотя эти хрупкие структуры работают хорошо, они воздействуют только на небольшие объемы воды в виде капель на ограниченных расстояниях транспортировки. Во время сильных дождей по-прежнему сложно добиться быстрого отвода воды в больших объемах, особенно для влажных тропических растений, которые обычно имеют широкие листья.

Наконечник для капель — это самая известная эволюция листьев тропических лесов с изогнутыми вершинами и ориентацией для быстрого дренажа ( SI Приложение , Таблица S1). Хотя биологи обнаружили способность капельного наконечника к быстрому дренажу с 1980-х годов (12–18), подробный механизм того, как верхушка улучшает отвод воды, остается неизвестным. Кроме того, до сих пор не ясно, влияют ли изогнутые структуры верхушки листа на процесс дренажа. Следовательно, необходимо понимание поведения капель, взаимодействующих с поверхностью изменяющейся кривизны на вершине.

Здесь мы демонстрируем, как отвод воды из листа контролируется структурой верхушки листа и кривизной поверхности листа. Изменение кривизны поверхности верхушки листа снижает силу сопротивления капилляров, а изгибание поверхности листа увеличивает компонент силы тяжести воды, что приводит к высокой частоте капель и низкому удержанию воды. Реконфигурация гауссовой кривизны на кончике капельницы приводит к изменению капиллярности от сопротивления к срабатыванию, что приводит к отрыву капель в точке перехода и усилению дренажа в максимально возможной степени.Измерения верхушек листьев и оттока воды через листья растений от умеренной зоны до влажных тропиков подтверждают этот вывод. Лист растения тропического леса Alocasia macrorrhiza , который объединяет несколько структур и преимущества кривизны на верхушке листа, имеет высокую эффективность дренажа. Основываясь на опыте A. macrorrhiza , мы оптимизируем устройство искусственного дренажа, чтобы обеспечить лучшую дренажную способность, чем у большинства естественных видов.

Результаты и обсуждение

Эффективность дренажа различных верхушек листьев.

Листья растений по форме и размеру меняются в зависимости от температуры и количества осадков (19). Верхушка листа — это выступающая часть листа, на которой скапливаются капли воды, а во время дренажа происходит отделение капель. Чтобы определить способность различных морфологий верхушки листа к контролю оттока воды, были исследованы и классифицированы 44 различных вида (36 семейств) листьев с разными углами вершины (20), α (Рис. 1 A и SI Приложение , стр. Таблицы S2 и S3). Эти листья были собраны в ботаническом саду в субтропической зоне с меньшим количеством осадков в Пекине, Китай, и тропической зоне с обильными осадками в Гуанчжоу, Китай.Исходя из значений углов при вершине, верхушки листьев можно условно разделить на две категории: острые (0 ° <α <90 °) и тупые (90 ° <α <180 °) (диаграмма на рис.1 A ) ( 20). Треугольные вершины листьев с острой вершиной, отмеченные зелеными точками на Рис. 1 A , обычно встречаются в районах с большим количеством осадков ( SI Приложение , Таблица S2).

Рис. 1.

Отвод воды на листьях с разной вершиной. ( A ) Статистический график углов вершины листа α для разных видов листьев в алфавитном порядке.По углу вершины листа вершину можно разделить на тупую и острую. SI Приложение , Таблица S1 показывает 44 вида и 36 семейств этих листьев в алфавитном порядке. ( B — I ) Четыре типичных листа имеют различные формы вершины: закругленные ( B ), заостренные ( C и D ) и капельные ( E ). Более того, соответствующие оптические изображения увеличенных вершин показаны как круглые ( F ), эллиптические ( G ), треугольные ( H ) и треугольные с переходом кривизны ( I ) соответственно.( Дж ) Вес воды на площадь, ω, для различных форм верхушек листа в зависимости от времени в сильном тумане с относительной влажностью 90% ( слева ) и соответствующей средней пороговой массой капли, ω _{, порог} , и воды -удерживающая масса, ω _{Ретенционная} ( правая ). Измерения проводят на той же площади верхушки листа 2,0 см ² и с тем же углом наклона с β = 30 °. Наконечник для капель имеет высокую частоту капания, низкий пороговый вес капель и низкое удерживание воды.(Масштабная линейка, 1 мм.)

Помимо категории углов при вершине, для классификации вершин листа также используются формы вершин, то есть закругленные, заостренные и капельные (20). Заостренная вершина указывает на то, что граница между вершиной и пластиной является выпуклой проксимально и вогнутой дистально или только вогнутой. Наконечник капельницы — это особый вид заостренной части, где дистальная часть верхушки резко сужается. Четыре типичных листа с отчетливой формой вершины показаны на рис.1 B — E , как отмечено кружками на рис.1 A и увеличено на рис.1 F — I . Верхушка листа сохраняет округлую форму, такую ​​как вершина Robinia pseudoacacia (рис. 1 B ), или имеет заостренную форму, такую ​​как вершина Magnolia denudata desr . и Colocasia gigantea (рис. 1 C и D ), или растет как кончик капельницы, например, вершина A. macrorrhiza (рис. 1 E и Movie S1). Подробная морфология верхушек этих четырех различных репрезентативных видов также варьируется и отличается от круглой (рис.1 F ), эллиптической (рис. 1 G ), треугольной (рис. 1 H ), до треугольной канавки с переходной формой кривизны (рис. 1 I ), соответственно, которые могут играть роль в дренажное поведение. В частности, растения, обитающие в тропических лесах с большим количеством осадков, имеют тенденцию образовывать листья с большой площадью поверхности (рис. 1 D и E ) и заостренными вершинами (рис. 1 D ) или наконечниками капель (рис. 1 E). и I и SI Приложение , рис.S1) на кончиках листьев. Биологи считают, что капельный наконечник — это классическая характеристика листьев тропических лесов, прошедшая долгую эволюцию (12–16). С помощью капельного наконечника можно достичь или даже улучшить многочисленные биологические функции листьев. Например, быстрый дренаж воды через наконечник капельницы способствует высыханию (12–16) листа, что снижает потребность в опоре для листьев, снижает колонизацию организмов (17) и способствует транспирации (21). Следовательно, необходимо продемонстрировать лежащий в основе механизм морфологии и структуры верхушки при определении эффективности дренажа.

Рис. 1 J показывает водоотводящую способность трех вышеуказанных форм вершин. Вес воды на квадратный сантиметр ω на трех выбранных поверхностях листа с закругленным, заостренным и капельным наконечником измерялся в реальном времени с помощью микровесов при постоянном угле наклона листа (угол между поверхностью листа и вертикалью) β 30 ° и такой же густой туман с относительной влажностью ~ 90%. Средние значения порогового веса капли, ω _{, порога} , и веса удержания воды, ω _Retention , для различных верхушек листа показаны справа.Примечательно, что капельный наконечник A. macrorrhiza обеспечивает превосходный дренаж воды с частотой капель, объемом капель и значениями удержания воды ∼1,8, ∼1 / 6 и ∼1 / 10, чем у R. pseudoacacia с закругленным листом. апекс соответственно.

Сокращенное время дренирования наклонной искусственной треугольной вершины.

Чтобы определить основной механизм дренажа, мы создаем искусственные верхушки листьев, которые упрощаются до трех геометрических моделей, включая модели круга, треугольника и маятникового треугольника (изогнутый заостренный), с помощью 3D-печати (22) и методов лазерной резки ( SI Приложение , Таблица S4).Рентгеновское излучение и высокоскоростные камеры используются для записи профиля капающих капель на верхушках листьев. Мы исследуем влияние угла при вершине и формы вершины на дренаж на основе 2D и 3D морфологии листа. Вершины, изменяющиеся от круглого, эллиптического, большого треугольника к маленькому треугольнику, показали различную дренажную способность с четким пороговым объемом капли, Ω _c , и временем дренажа, τ _th (Рис. 2). Наименьшая треугольная вершина (α = 30 °) имеет самый низкий пороговый объем падения Ω _c по сравнению с другими формами моделей вершины под тем же углом наклона (β = 30 °) (рис.2 A — D ).

Рис. 2.

Острый треугольный наконечник сокращает пороговое время дренирования при крутом наклоне. ( A — D ) Профили капель воды в пороговом состоянии на различных краях при вершине сверху, круглая α = 180 ° ( A ), эллипс ( B ), большой треугольник α = 90 ° ( C ) и маленький треугольник α = 30 ° ( D ). ( E — G ) Механизм отвода воды вокруг острой вершины в квазистатическом состоянии.Накапливающаяся капля прикрепляется к TCL, как показано красной пунктирной линией. Ширина контакта капли, W , изменяется из порогового состояния ① в состояние ② при балансе между фронтальной силой сопротивления капиллярности и движущей силой гравитационной составляющей. Сила лобового сопротивления уменьшается с увеличением ширины контактной капли, W , и угла при вершине α. ( H ) Пороговое время дренирования τ _th уменьшается с увеличением угла при вершине α и угла наклона β. Острая треугольная вершина укорачивает значение τ _th накапливающейся капли до 1/4 от значения для круглой вершины.(Масштабная линейка, 2 мм.)

В эксперименте вода непрерывно накапливалась на поверхности верхушки листа со скоростью 1,0 мл / мин и отводилась на верхушке. Выпадение сидящей капли начинается на наклонной поверхности с углом наклона β, когда составляющая гравитационной силы ∼ ρg Ωcosβ больше, чем капиллярная сила капли на фронте вершины ∼ γW cosθ (23⇓ –25), где ρ — плотность жидкости, г — сила тяжести, Ω — объем капли, γ — поверхностное натяжение жидкости, θ — кажущийся угол смачивания, а Вт — ширина контакта капля в передней части апекса соответственно (рис.2 E — G и SI Приложение , рис. S2 A — C ). Критическая капля депиннинга с пороговым объемом капли Ω _c и пороговой шириной контакта Вт _c существует так, что Вт _c / Ω _c ∼ cosβ / | л _c ² cosθ | , где l _c = ( γ / ρg ) ^0,5 — длина капилляра. Следовательно, для поверхности с постоянным углом контакта и углом наклона критическая выпадающая капля имеет пороговую ширину контакта капли, равную W _c , и пороговый объем Ω _c .Ω _c пропорционально Вт _c . Поскольку α имеет положительную связь с W _c , α имеет положительную связь с Ω _c . Кроме того, круто наклоненная поверхность створки с малым β увеличивает составляющую силы тяжести, что приводит к низкому пороговому значению объема падения Ω _c . Следовательно, створка с треугольной вершиной при определенной наклонной ориентации обеспечивает практическую конструкцию для уменьшения порогового объема падения.

Пороговое время стекания капель, τ _th , пропорционально пороговому объему капли Ω _c и обратно пропорционально частоте капель.Для капающей капли с постоянной скоростью потока и острым углом при вершине малое значение Ω _c отражает уменьшенное пороговое время стекания τ _th . Затем мы исследуем влияние угла при вершине на время оттока воды при угле наклона поверхности листа от 0 ° до 85 ° при скорости 1,0 мл / мин (рис. 2 H ). Имитируя структуру верхушек натуральных листьев, мы создаем двумерную искусственную трехмерную печать верхушек листьев с углами вершины в диапазоне от 0 ° до 180 °.τ _th уменьшается с α вокруг вершины под тем же углом наклона. Например, значение τ _th плоской круглой вершины составляет 53,52 ± 1,52 с, когда β равно 80 °, тогда как значение τ _th плоской треугольной вершины (FTA, α = 30 °) составляет всего 13,86 ± 0,33. s при том же β. Сокращение почти на 75% происходит, когда верхушка листа меняется с круглой на острую. Кроме того, малое значение α приводит к низкой силе прилипания вершины и небольшому удержанию воды, таким образом повышая эффективность дренажа ( SI Приложение , рис.S3). Узкая острая вершина или круто наклонная ориентация приводят к небольшому пороговому объему капли и короткому времени стекания. Примечательно, что более 80% листьев на рис. 1 A имеют треугольные вершины.

Уменьшение задержки дренажа воды на отвесных вершинах с треугольными канавками.

На основании анализа, приведенного на рис. 2 H , круто наклоненная треугольная вершина листа является лучшим состоянием для дренажа. Однако натуральные листья дают другой ответ. Мы наблюдаем и фиксируем углы наклона листьев четырех видов: Alocasia macrorrhiza (Lour.) Scott , M. denudate desr. , Sophora japonica Linn. и Cornus controversa в разное время суток при солнечном свете и под дождем, соответственно ( SI Приложение , рис. S4). Листья субтропической зоны имеют относительно большой угол наклона β в диапазоне 50–70 ° под солнечным светом для лучшего фотосинтеза и относительно небольшой угол наклона β в диапазоне 20–40 ° для лучшего дренажа и избежание повреждений (26, 27). В тропическом лесу с частыми проливными дождями лист А.locasia macrorrhiza ( Lour .) наклоняет большой β ₁ в основании, чтобы гарантировать максимальное воздействие солнечного света, и небольшой β ₂ на вершине, чтобы удовлетворить потребность в быстром дренировании (28, 29). Поверхность листа изгибается от 2D-формы к 3D-форме (маятниковая форма) на вершине листа, что может вызвать силу нестабильности на пороговую каплю.

Модель искусственной верхушки листа представляет собой вариант отвесной треугольной формы или отвесно-желобчатой ​​треугольной формы (рис.3). Пороговые капли образуют устойчивую тройную контактную линию (TCL) при заданной пороговой ширине контакта капли W на плоской треугольной вершине (FTA) (Рис. 3 A ). Когда положение изгиба отвесной треугольной вершины (PTA) находится на линии порогового контакта, капля остается стабильной (рис. 3 B ). Если положение изгиба расположено выше пороговой линии контакта, капля испытает внезапную нестабильность, вызванную увеличенной составляющей силы тяжести и уменьшенной капиллярностью сопротивления в точке изгиба. Восстановленный баланс заставляет каплю воды стекать с меньшим объемом, чем для других плоских вершин (Рис. 3 C и SI Приложение , Рис. S2 E ).

Рис. 3.

PTGA снижает задержку дренажа. ( A — C ) Сила сопротивления накапливающейся капли на FTA, α = 30 ° и β ₁ = 30 °) ( A ) и PTA, α = 30 °, β ₁ = 30 °, а β ₂ = 0 °) ( B и C ) в пороговый момент.Пороговая капля закреплена TCL, как отмечено красной пунктирной линией. ( D ) Удержание дренажа воды на площадь, w _Re , уменьшается с углом при вершине α и углом наклона β для FTA и PTA. ( E ) Капельная плитка имеет аналогичную структуру со структурой листа PTA для быстрого дренажа. ( F ) Пороговое время дренажа уменьшается с уклоном конического канала. Два конических конца имеют большой радиус R и малый радиус R .Маленькая сторона канала имеет радиус 5 мм. ( G ) По сравнению с FTA и PTA, PTGA имеет самое низкое удержание воды ( w _Re ) _.

Помимо более низкого порогового значения капельного объема, PTA также снижает задержку воды на поверхности листа по сравнению с плоской треугольной вершиной. Удержание воды на поверхности на квадратный метр, w _Re , на плоской треугольной вершине и PTA были измерены в том же диапазоне углов при вершине и диапазоне углов наклона (15 ° <α <180 °, 30 ° <β < 60 °) при скорости нагнетания воды 1.0 мл / мин (рис.3 D ). Модель w _Re на отвесной круговой вершине (α = 180 °, β ₁ = 60 °, β ₂ = 0 °) составляет лишь 3/5 от диаметра на плоской круговой вершине (α = 180 °, β = 60 °). PTA (α = 15 °, β ₁ = 60 °, β ₂ = 0 °) дополнительно уменьшает w _Re до 1/21 от значения на плоской круговой вершине (α = 180 °, β = 60 °).

Использование PTA в дизайне было распространено в древней архитектуре Восточной Азии, включая искусство плитки, особенно для капельной плитки по краям карнизов (30, 31). Капельная плитка показывает аналогичную функцию с отвесной треугольной вершиной листа. Верхняя поверхность капельной плитки имеет небольшой наклон поверхности плитки в основании с большим β ₁ для схождения и транспортировки воды. Треугольная вершина, направленная вниз, имеет крутой наклон с небольшим β ₂ для обеспечения быстрого стекания дождевой воды, снижения требований к опоре крыши и уменьшения эрозии архитектурного основания (Рис. 3 E ).

Примечательно, что жилки листьев у растений образуют градиент бороздок, дополнительно способствуя оттоку воды под действием капиллярной силы (32, 33).Большой уклон канавки снижает пороговое время дренирования (рис. 3 F ). Наклон конической канавки регулируется соотношением большой стороны радиуса R и малой стороны радиуса r ( r = 5 мм), соотношением радиусов ( R / r ) из которых меняется с 1 на 4 ( SI Приложение , рис. S5 A ). Мы проектируем PTA со структурой канавок путем складывания вдоль оси искусственного верхушки с углом складывания 120 ° ( SI Приложение , рис.S5 B ). Вершина с отогнутой треугольной канавкой (PTGA) может значительно повысить эффективность дренажа за счет уменьшения удержания воды и уменьшения порогового времени дренажа. Отвесная треугольная вершина с канавками (α = 15 °, β ₁ = 60 °, β ₂ = 0 °) снижает задержку воды, w _Re , до 0,250 ± 0,100 кг / м ² , и только с 4% сохранением плоской круглой вершины (рис. 3 G ). Следовательно, PTGA улучшает эффективность дренажа за счет уменьшения удержания воды и порогового времени дренажа.Понимание этого дренажного механизма из верхушки листа и архитектурной капельной плитки может быть использовано для проектирования дренажных сооружений и решения проблем печати и жидкостных систем под открытым небом (34⇓ – 36), с которыми в настоящее время сталкиваются.

Инверсия гауссовой кривизны на вершине наконечника капельницы способствует пороговому образованию капель.

Наконечник капельницы A. macrorrhiza в районах тропических лесов имеет длинную изогнутую заостренную вершину со структурой PTGA (Рис. 4 A ). Вода стекает у наконечника капельницы и отслаивается у выхода из канавки (рис.4 С ). Подробные наблюдения за вершиной наконечника капельницы показаны на рис. 4 B и D –F и Movie S1. Для наконечника капельницы A. macrorrhiza микроканал изгибается наружу в вогнутом открытом состоянии, а конец вершины изгибается внутрь в выпуклом закрытом состоянии (рис. 4 B ). На закрывающем выходе из канавки вогнутая канавка трансформируется в выпуклую вершину на виде спереди и сверху (Рис. 4 B и D ), причем кривизна изменяется с отрицательной на положительную вместе с выходом из канавки со стороны радиальный разрез (рис.4 E ). Контур кривой наконечника капельницы показывает положительную кривизну в осевом разрезе (рис. 4 F ). Кривизна по Гауссу вместе с наконечником капельницы изменяется с отрицательной на положительную соответственно ( SI Приложение , рис. S6).

Рис. 4.

Инверсия гауссовой кривизны на наконечнике капельницы способствует пороговому сбросу капель. ( A ) Интеграция дренажной структуры изогнутой треугольной вершины с канавками и инверсия пространственной кривизны на вершине капельного наконечника листа тропического леса A.Макрорриза . ( C ) Вершина капельного наконечника с инверсией кривизны на выходе из канавки способствует отделению пороговой капли. ( B и D ) Увеличенные изображения с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) структуры вершины наконечника капельницы спереди и сверху. Поверхность капельного наконечника изменяется с вогнутой формы на выпуклую вдоль выходного отверстия канавки на вершине. ( E и F ) Рентгеновские срезы структуры наконечника капельницы в разрезе.Происходит переход гауссовой кривизны от отрицательной вогнутой формы к положительной для выпуклой формы. ( G ) Картирование силы пороговой капли при инверсии кривизны на выходе из канавки. Минимальное сопротивление пороговой капли с характерной длиной Вт в точке перехода вогнутой – выпуклой кривизны. ( H и I ) Пороговая капля отделяется на выходе из канавки с точкой отделения в точке инверсии вогнутой-выпуклой кривизны при виде сверху и сбоку под действием давления.(Шкала, 300 мкм.)

По мере того, как вода стекает по поверхности наконечника капельницы, постепенно закрывающаяся канавка с вогнутой наружу формой выталкивает воду к дистальному концу верхушки (синяя стрелка на рис. 4 G ). Переход структуры от вогнутой поверхности к выпуклой поверхности на выходе из канавки быстро меняет ее кривизну, что приводит к захвату воздушного клина с минимальной шириной контакта капли W (Рис. 4 G ). Уменьшенная линия контакта воздух-вода-твердое тело способствует выпадению капель ( SI Приложение , рис.С2 Ф ). Кроме того, местное давление, вызванное кривизной поверхности, влияет на сброс воды на виде в разрезе (Рис. 4 H ). Восходящий перепад давления перемещает воду от горловины к верхнему участку, ∆ P _{верхний} = P ₂ — P ₁ = γ (1/ R ₂ — 1/ R ₁ ), а перепад давления вниз перемещает воду от горловины к нижней части, ∆ P _вниз = P ₂ — P ₃ = γ (1/ R ₃ — 1/ R ₂ ), где P _i — местное давление, R _i — локальный радиус капли, перпендикулярной плоскости.Переход гауссовой кривизны изменяется с отрицательной на вогнутой канавке на положительную на выпуклой вершине вдоль наконечника капельницы. Инверсия гауссовой кривизны у капельного наконечника приводит к обратному направлению давления Лапласа, способствуя сужению, разделению и сбрасыванию пороговых капель в точке перехода кривизны (рис. 4 F — I ). Примечательно, что инверсия гауссовой кривизны приводит к локальной разности давлений (или инверсии разности давлений Лапласа) и сужению и отрыву капель, что отличается от спонтанного распада жидкости на капли.Эти два процесса похожи по результату, но различаются по происхождению.

Быстрый дренаж воды из апекса Bioinspired Drip-Tip.

Рентгеновское сканирование может детально измерить морфологию верхушки капельницы и восстановить морфологию капельницы для биомиметической 3D-печатной модели (Рис. 5 A и SI Приложение , Рис. S5 C ). Учитывая, что инверсия кривизны от вогнутой формы к выпуклой является уникальной частью капельного наконечника, мы демонстрируем влияние структуры инверсии кривизны на улучшение отвода воды с помощью контрольного эксперимента (рис.5 В ). Сравнивая кончик листа только с одним выпуклым изгибом, искусственный кончик с вогнуто-выпуклым изгибом может сократить почти 56% времени дренирования. Кроме того, более низкая выпуклая форма капельного наконечника, чем вогнутая, может улучшить отвод воды с гораздо более коротким временем слива ( SI Приложение , рис. S7).

Рис. 5.

Эффективность быстрого отвода воды из биоинспирированного капельного наконечника. ( A ) Иллюстрация модели биоинспирированного капельного наконечника. ( B ) Быстрый отвод воды через искусственный наконечник с переходом кривизны от вогнутой формы к выпуклой форме.Наконечник с переходной кривизной обеспечивает лучшее отделение капель, чем наконечник с одной кривизной, с фиксированной точкой разделения и почти на 56% сокращением времени дренирования при скорости впрыскиваемой жидкости 1200 мл / ч. ( C ) Вес воды на площадь, ω, верхушек искусственных листьев в зависимости от времени в сильном тумане с относительной влажностью примерно ~ 90% ( слева ) и соответствующими средними пороговыми значениями веса капли и веса удержания воды ( справа ). ). Биоинспирированный апекс капельного наконечника (BDTA) обеспечивает высокую частоту капания, малый объем капель и низкое удержание воды.LTA, большая треугольная вершина; STA, вершина небольшая треугольная. (Шкала 3 мм.)

Чтобы лучше оценить эффективность дренажа, мы сравниваем эффективность дренажа биоинспирированного наконечника для капельницы и других искусственных наконечников (Рис. 5 C ). Эксперимент проводился в сильном тумане с относительной влажностью ~ 90% и большим углом наклона β = 30 °, чтобы имитировать процесс стекания с верхушки листа. Поверхность образца имеет такую ​​же площадь 2,0 см ² . Вес воды на квадратный сантиметр ω PTGA отражает отличную дренажную способность с частотой капель, которая в ~ 6 раз больше, чем для большой треугольной вершины, и удержания воды, составляющей ~ 1/4 от частоты капель для большой треугольной вершины.Вершина биоинспирированного капельного наконечника (BDTA) работает даже лучше при дренаже: частота капель в ~ 12 раз выше, чем для большой треугольной вершины, и с удержанием воды ~ 1/6, чем для большой треугольной вершины. Средние значения порогового веса капли и веса удержания воды для различных верхушек искусственных листьев показаны на рис. 5 C , Right . Биоинспирированная верхушка капельного наконечника имеет наименьшее количество воды, скопившейся на верхушке листа за самое долгое время, что показывает лучшую эффективность дренажа среди всех исследованных искусственных верхушек.Следуя за движением капель дождя на листьях растений, особая поза и уникальная структура верхушки листа вдохновляют нас на проведение биомиметических исследований, оптимизирующих искусственные структуры верхушки листа с превосходными дренажными способностями.

Дорожное управление округа заменяет дренажную систему на Грин-Ривер-роуд № 1

Поделитесь этой историей!

Сообщите друзьям в вашей социальной сети, что вы читаете о

Дорожное управление округа, заменяющее дренажную систему на улице Грин-Ривер-роуд No.

1

Департамент дорог округа Хендерсон заменит дренажную систему на Грин-Ривер-роуд №1. Работы начнутся в среду, 19 апреля 2017 года, в 8:00 утра примерно в 2/10 мили к востоку от Тиллман Бетел-роуд.

Опубликовать в Facebook

Отправлено!

Ссылка была отправлена ​​на адрес электронной почты вашего друга.

Размещено!

На ваш канал Facebook размещена ссылка.

Персонал Gleaner Опубликовано 13:48 CT 17 апреля 2017 г. | Обновлено 11:27 а.м. CT 18 апреля 2017 г.

Строительный дорожный знак на фоне голубого неба (Фото: Getty Images / iStockphoto)

Дорожное управление округа Хендерсон заменит дренажное сооружение на Грин-Ривер-роуд № 1.

Работы начнутся в 8 в среду примерно в 2/10 мили к востоку от Тиллман Бетел-роуд. Официальные лица ожидают, что работы будут завершены в течение двух недель, если позволит погода.

«Мы приносим свои извинения за любые неудобства и приложим все усилия, чтобы завершить проект своевременно, чтобы минимизировать возможные перерывы», — сказала Митци Вебер, исполнительный администратор дорожного департамента округа Хендерсон.

Вопросы можно направлять в дорожное управление округа Хендерсон по телефону 270-826-8843.

Прочтите или поделитесь этой историей: https://www.thegleaner.com/story/news/2017/04/17/county-road-department-replacing-drainage-structure-green-river-road-no-2/ 100572770/

Больше историй

• Здесь в прошлом месяце стоимость новых строительных проектов составила $ 3,9 млн

  1 апреля 2021 г., 20:45

• Педагоги из разных штатов оценивают степень академической потери во время COVID

  1 апреля 2021 г., 8:30 ч.м.

• Rideout: борьба с водными сорняками

  2 апреля 2021 г., 07:00 ч.

• Компания Henderson Co. сообщает о 2 новых случаях COVID

  1 апреля 2021 г., 12:06

• Бойетт: местный черный министр возвышался над своим рабом мимо

  2 апреля 2021 г., 07:00 ч.

• Полиция Хендерсона арестовала 2 человек по обвинению в наркотиках

  31 марта 2021 г., 1:36 п.м.

SD 6: Дренажные конструкции — SD 6.01-6.11 Серия

SD 6.01-1	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций Разные детали (1 из 5)	СД 6.01-1	СД 6.01-1
SD 6.01-2	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций Разные детали (2 из 5)	СД 6.01-2	СД 6.01-2
SD 6.01-3	Детали удлинения коробчатых культиваторов для железобетонных конструкций (3 из 5)	SD 6.01-3	СД 6.01-3
SD 6.01-4	Железобетонные культуральные трубы для земляных работ и засыпка конструкций (4 из 5)	СД 6.01-4	СД 6.01-4
SD 6.01-5	Коробчатые кульверты для железобетонных конструкций с одинарным стволом (заполнение 0–30 футов) (5 из 5)	СД 6.01-5	СД 6.01-5
SD 6.02-1	Герметичные культиваторы коробчатого типа с двойным стволом (заполнение 0–15 футов) (1 из 2)	SD 6.02-1	СД 6.02-1
SD 6.02-2	Герметизированные бетонные культиваторы с двойным стволом (заполнение 15–30 футов) (2 из 2)	СД 6.02-2	СД 6.02-2
SD 6.03-1	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций с тройным стволом (заполнение 0–15 футов) (1 из 2)	СД 6.03-1	СД 6. 03-1
SD 6.03-2	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций с тройным стволом (заполнение 15–30 футов) (2 из 2)	SD 6.03-2	СД 6.03-2
SD 6.04-1	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций, четыре бочки (заполнение 0–15 футов) (1 из 2)	СД 6.04-1	СД 6.04-1
SD 6.04-2	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций, четыре бочки (заполнение 15–30 футов) (2 из 2)	СД 6.04-2	СД 6.04-2
SD 6.05-1	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций, пять бочек (заполнение 0–15 футов) (1 из 2)	SD 6.05-1	СД 6.05-1
SD 6.05-2	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций, пять бочек (заполнение 15–30 футов) (2 из 2)	СД 6.05-2	СД 6.05-2
SD 6.06-1	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций с шестью стволами (заполнение 0–15 футов) (1 из 2)	СД 6.06-1	СД 6.06-1
SD 6.06-2	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций с шестью стволами (заполнение 15–30 футов) (2 из 2)	SD 6.06-2	СД 6.06-2
SD 6.07	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций 16 ‘x 14’ Пропуск на оборудование (заполнение от 0 до 20 футов)	SD 6.07	SD 6.07
SD 6.08-1	Выпускные крылья короба из железобетона — перекос от 0 ° до 20 ° Высота водопровода 3 ‘- 7’ (1 из 8)	SD 6.08-1	SD 6.08-1
SD 6.08-2	Выпускные крылья коробчатого железобетонного кульверта — перекос от 0 ° до 20 ° Высота водопровода 8 ‘- 12’ (2 из 8)	SD 6.08-2	SD 6.08-2
SD 6.08-3	Железобетонные коробчатые культиваторы Входные крылья — наклон от 0 ° до 20 ° Высота водопровода 3 ‘- 7’ (3 из 8)	SD 6. 08-3	SD 6.08-3
SD 6.08-4	Входные крылья коробчатых железобетонных культиваторов — наклон от 0 ° до 20 ° Высота водопровода 8 ‘- 12’ (4 из 8)	SD 6.08-4	SD 6.08-4
SD 6.08-5	Выпускные крылья коробчатого железобетонного кульверта — наклон от 25 ° до 45 ° Высота водопровода 3 ‘- 7’ (5 из 8)	SD 6.08-5	SD 6.08-5
SD 6.08-6	Выпускные крылья коробчатого железобетонного кульверта — наклон от 25 ° до 45 ° Высота водопровода 8 ‘- 12’ (6 из 8)	SD 6.08-6	SD 6.08-6
SD 6.08-7	Входные крылья коробчатого железобетонного культивирования — наклон от 25 ° до 45 ° Высота водопровода 3 ‘- 7’ (7 из 8)	SD 6.08-7	SD 6.08-7
SD 6.08-8	Железобетонные коробчатые культиваторы Входные крылья — наклон от 25 ° до 45 ° Высота водопровода 8 ‘- 12’ (8 из 8)	SD 6.08-8	SD 6.08-8
SD 6.09-1	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций с уклоном 2: 1 (1 из 3)	SD 6.09-1	SD 6.09-1
SD 6.09-2	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций с уклоном 4: 1 (2 из 3)	SD 6.09-2	SD 6.09-2
SD 6.09-3	Коробчатые культиваторы для железобетонных конструкций с уклоном 6: 1 (3 из 3)	SD 6.09-3	SD 6.09-3
SD 6.10-1	Вход и выход культиваторов коробчатого железобетона — ровные крылья Высота водопропускной трубы 3–7 футов (1 из 2)	SD 6.10-1	SD 6.10-1
SD 6.10-2	Вход и выход культиваторов коробчатого железобетона — ровные крылья Высота водопропускной трубы 8 ‘- 12’ (2 из 2)	SD 6.10-2	SD 6.10-2
SD 6.11-1	Детали выпускного фартука для коробчатых трубопроводов из железобетона (1 из 4)	SD 6. 11-1	SD 6.11-1
SD 6.11-2	Выпускной фартук для коробчатых железобетонных труб — размеры и количество (уклон 2: 1) (2 из 4)	SD 6.11-2	SD 6.11-2
SD 6.11-3	Выпускной фартук для коробчатых железобетонных труб — размеры и количество (уклон 4: 1) (3 из 4)	SD 6.11-3	SD 6.11-3
SD 6.11-4	Выпускной фартук для коробчатых железобетонных труб — размеры и количество (уклон 6: 1) (4 из 4)	SD 6.11-4	SD 6.11-4

Контролируемый дренаж — важная практика для защиты качества воды, которая может повысить урожайность

Контролируемый дренаж (CD) — это практика, которая применяется в Северной Каролине с 1980-х годов для сокращения потерь азота (N) и фосфора (P) с сельскохозяйственных земель в поверхностные и грунтовые воды.Исследования показали, что правильное управление системами CD также может сберечь воду в почвенном профиле и облегчить стресс от засухи, что может привести к увеличению урожайности сельскохозяйственных культур.

Сельскохозяйственные дренажные системы широко используются в Северной Каролине для повышения урожайности и повышения стабильности производства из года в год.Дренажные системы обеспечивают удобные условия для своевременной посадки, сбора урожая и других полевых работ, а системы удаляют излишки воды из корневой зоны, чтобы уменьшить стресс растений, который возникает, когда почвы насыщаются в течение продолжительных периодов времени. Улучшение дренажа может быть достигнуто за счет поверхностного дренажа (выравнивание почвы для удаления излишков поверхностных вод после сильных ливней) и подземного дренажа (канавы или дренажные трубы, которые удаляют излишки воды из профиля почвы).

Самый экономичный способ улучшить подземный дренаж — это установка канав или подземных дренажных каналов как можно глубже и с максимально широким расстоянием, чтобы удовлетворить производственные потребности.Типичная глубина подземных водосточных труб в восточной части Северной Каролины колеблется от 3 до 5 футов, и трубы часто расположены на расстоянии от 50 до 200 футов друг от друга. Канавы обычно имеют одинаковую глубину, но расположены на расстоянии от 150 до 600 футов в зависимости от интенсивности поверхностного дренажа. Эти проектные параметры обычно определяются на основе условий водоотвода, типа почвы, топографии, устойчивости сельскохозяйственных культур к влажным условиям и экономических показателей. С точки зрения сельского хозяйства, цель производителя — установить хорошо спроектированную дренажную систему, которая обеспечит самые высокие урожаи при минимально возможных инвестициях.Однако требования к дренажу сильно различаются для одной и той же фермы из года в год и в течение одного года в зависимости от погодных условий, системы земледелия и методов ведения сельского хозяйства. Следовательно, даже самые хорошо спроектированные системы могут чрезмерно дренировать поле (то есть опускать уровень грунтовых вод слишком далеко ниже корневой зоны) во время прерывистых влажных и засушливых периодов выращивания, вызывая дефицит воды для сельскохозяйственных культур и увеличивая потерю воды и питательных веществ с фермы.

Контролируемый дренаж (CD) — это основной тип управления дренажными водами в Северной Каролине.Его применяли для сокращения потерь питательных веществ с сотен тысяч акров прибрежной равнины Северной Каролины с начала 1980-х годов.

Фермер внедряет CD, устанавливая сооружения для контроля воды в стратегических дренажных пунктах. Отток воды из дренажной системы затем регулируется путем контроля уровня воды на выходе из дренажа. По сути, CD позволяет фермерам регулировать интенсивность дренажной системы от полной до частичной или без дренажа в разное время года в зависимости от агрономических и сельскохозяйственных потребностей.Тысячи сооружений по контролю за водными ресурсами были реализованы только в Северной Каролине, и эти сооружения являются признанной передовой практикой управления (BMP) Службой охраны природных ресурсов Министерства сельского хозяйства США (USDA – NRCS). Эти системы хорошо работают с уклоном суши менее 0,5%, поэтому практика наиболее эффективна на прибрежной равнине Северной Каролины.

Есть два основных типа управляющих структур. Первый — это конструкция подступенка для флешборда в открытом грунте. Меньшие версии могут использоваться непосредственно в полевых канавах для контроля дренажа небольших участков поля (Рисунок 1а).Более крупные конструкции можно использовать в выпускных каналах для контроля дренажа с гораздо больших площадей (рис. 1b). Второй тип конструкции — это встроенная управляющая конструкция, которая крепится непосредственно к подземной дренажной трубе (рис. 1c). Подобно конструкции стояка откидного щита с открытым канавом, встроенная управляющая конструкция может быть размещена для управления потоком из отдельных подземных дренажных труб или установлена ​​на подземном выпускном дренажном канале, который собирает поток из нескольких подземных дренажных труб для контроля уровня грунтовых вод на большей площади.

Вспышки из обработанного дерева, алюминия или пластика добавляются или удаляются из стояка для контроля уровня воды в выпускном отверстии. Больше досок в вертикальной конструкции позволяет пользователю удерживать воду в выпускном отверстии на большей высоте, что снижает скорость дренажа с полей. Когда доски снимаются, скорость дренажа значительно увеличивается, и поля можно осушать быстрее, чтобы можно было проводить обработку почвы, удобрения или уборку урожая. Эта концепция продемонстрирована на рисунке 2.

Управление досками позволяет оператору управлять дренажным стоком, помогая управлять уровнем грунтовых вод на полях и влажностью почвы в корневой зоне растущей культуры без дополнительного поступления воды. Правильное управление уровнем грунтовых вод необходимо для получения максимальной пользы от урожая. Неправильное управление может привести к усилению стресса растений из-за избытка воды в корневой зоне, что может снизить урожайность сельскохозяйственных культур.

Рисунок 1а.Конструкция полевой канавы при установке.

Рисунок 1b. Конструкция установлена ​​на магистральном канале.

Рисунок 1c.Установка встроенного подземного дренажного бокса (вверху) и вид внутри дренажного бокса с обтеканием защитных панелей (внизу).

Рисунок 2. Управление управляемыми дренажными системами в разное время года.

Предоставлено Purdue Extension

При установке системы компакт-дисков цель пользователя состоит в том, чтобы стратегически разместить наименьшее количество структур, которые обеспечат адекватный контроль уровня грунтовых вод в пределах интересующей области. По возможности, управляющие конструкции следует размещать на выходе ниже по потоку, поскольку это, как правило, наиболее эффективное и рентабельное место. Однако в некоторых случаях эта торговая точка может быть не лучшим местом из-за других факторов, таких как юридическое право собственности на точку и местный рельеф. Если другой владелец собственности сливает воду в ту же розетку, возможно, потребуется рассмотреть предварительные юридические договоренности перед размещением конструкции. Поскольку контрольные структуры должны быть размещены в местах, которые обеспечат наилучший и часто наиболее далеко идущий контроль над уровнем грунтовых вод, окончательные местоположения следует выбирать после тщательного изучения топографических данных.Эти данные могут поступать из нескольких источников: от существующих местных топографических карт до новых данных, собранных с помощью кинематической (RTK) системы глобального позиционирования (GPS) или методов обнаружения света и дальности (LIDAR). Данные LIDAR для предгорных и восточных районов Северной Каролины можно получить из программы загрузки пространственных данных NC Flood Plain Mapping Program.

Контролируемый дренаж был принят в качестве ЛМУ Программой распределения сельскохозяйственных затрат Северной Каролины и Программой стимулирования качества окружающей среды USDA – NRCS (EQIP) из-за ее эффективности в сокращении потерь азота и фосфора в поверхностные и грунтовые воды.В рамках этих программ распределения затрат в Северной Каролине было установлено более 4500 сооружений для регулирования водоснабжения, обеспечивающих управление более чем 400 000 акров (Evans and Skaggs, 2004).

Исследования показали, что потери азота и фосфора в дренажных водах можно существенно снизить, контролируя дренажные отверстия как в вегетационный период, так и в зимние месяцы. Многолетние эксперименты на широком диапазоне почв как в системах, управляемых фермерами, так и на экспериментальных станциях в Северной Каролине, показали, что CD снижает потери азота в поверхностные воды более чем на 40 процентов и потери фосфора примерно на 25 процентов по сравнению с обычным неконтролируемым дренажем (Gilliam et al. ., 1979; Скэггс и Гиллиам, 1981; Evans et al., 1995; Пул и др., 2018; Лю и др., 2018).

Основная причина этих сокращений заключается в том, что CD ограничивает объем дренажной воды и, следовательно, доставку связанных азота и фосфора, сбрасываемых с полей. Повышение уровня грунтовых вод в полевых условиях также увеличивает потенциал снижения уровня азота за счет денитрификации — процесса, при котором микробы превращают нитрат (основная форма азота, теряемого в дренажных водах) в формы газообразного азота.

Контролируемый дренаж имеет большой потенциал для экономии воды и повышения урожайности, особенно в засушливые периоды вегетационного периода.Поскольку CD работает за счет значительного сокращения объемов дренажа, он увеличивает подпитку грунтовых вод, поднимает уровень грунтовых вод и увеличивает доступность почвенной воды в корневой зоне, особенно в жаркие летние месяцы. Эти факторы могут облегчить состояние дефицита воды и связанную с этим нагрузку на посевы. Повышение урожайности приводит к увеличению усвоения питательных веществ и, следовательно, к повышению эффективности использования удобрений (Poole, 2018). Результатом является увеличение доходов производителя в дополнение к более эффективному улавливанию питательных веществ в самой культуре.Этот захват обеспечивает еще один механизм, который снижает количество питательных веществ, которые могут быть потеряны с дренажной водой.

Повышение урожайности при контролируемом осушении было документально подтверждено в Северной Каролине за последние 20 лет. В целом урожай кукурузы и сои можно увеличить в среднем на 10 процентов. В некоторые засушливые годы урожайность увеличивалась на 20 процентов. На рисунке 3 показано сравнение средних зарегистрированных данных по урожайности в Северной Каролине с 1991 по 2011 годы для контролируемой дренажной системы по сравнению с неконтролируемой системой (Poole et al., 2013).

Рисунок 3. Среднегодовая урожайность кукурузы (данные за семь лет) и урожай сои (данные за шесть лет) при контролируемом и неконтролируемом осушении в Северной Каролине.

Poole et al., 2013

Чтобы получить максимальные преимущества от CD, пользователи должны активно управлять структурами в течение года.К сожалению, многие системы компакт-дисков, которые были установлены за эти годы, не управляются должным образом. Таблицы управления структурой водного контроля были разработаны для вашей справки в качестве отправной точки для точной настройки протоколов управления для конкретной системы компакт-дисков. Эти таблицы были основаны на данных, собранных в течение многих лет, и исследованиях компьютерного моделирования, направленных на максимальное улучшение качества воды без снижения урожайности сельскохозяйственных культур. Если вы установили или собираетесь установить структуру компакт-диска в рамках программы распределения затрат, договорное соглашение включает таблицу управления.Очень важно, чтобы эти сооружения находились в надлежащем состоянии круглый год для поддержания адекватной интенсивности дренажа для роста сельскохозяйственных культур и улучшения качества воды ниже по течению.

В среднем на прибрежной равнине Северной Каролины выпадает около 48 дюймов осадков в год. Примерно 36 дюймов воды в год необходимо для удовлетворения потенциальных потребностей в эвапотранспирации большинства сельскохозяйственных культур; это означает, что ежегодно доступно около 12 дюймов воды для управления и потенциального сохранения в дренажной системе, чтобы уменьшить вынос питательных веществ и смягчить воздействие засухи на посевы. Обычно засушливые условия в Северной Каролине случаются с июня по август и различаются по частоте, продолжительности и степени тяжести. Неуправляемые дренажные системы, даже если они предназначены для надлежащего отвода воды, достаточной для выращивания сельскохозяйственных культур, могут привести к чрезмерному дренажу полей в случае засухи.

Хороший пример потенциала CD при правильном управлении был продемонстрирован в период с 2008 по 2010 год. Девятнадцать производителей активно участвовали в пилотной программе, используя онлайновую консультационную систему по дренажу, разработанную Департаментом биологической и сельскохозяйственной инженерии Университета штата Северная Каролина.Консультационная система была разработана для максимального увеличения урожайности и водосбережения CD на фермах. В это время использовалась модель управления водными ресурсами DRAINMOD (Skaggs, 1982, 1999; Skaggs et al., 2012), чтобы дать участникам рекомендации по управлению стояками для конкретных участков. Модель предсказывала более высокую урожайность для всех 19 производителей и ежегодную выгоду от экономии воды в среднем почти на 5 дюймов, что составляет почти 10 процентов от среднего годового количества осадков для восточной части Северной Каролины.Эти рекомендации были основаны на исторических данных о погоде, почвах и конкретных характеристиках дренажной системы.

В целом, максимальная урожайность сельскохозяйственных культур обычно достигается при глубине зеркала грунтовых вод от 18 до 24 дюймов от поверхности почвы на полпути между канавами или линиями подземного дренажа. Эта глубина уровня грунтовых вод наиболее важна в конце вегетационного и репродуктивного периодов для большинства сельскохозяйственных культур. Эта глубина будет варьироваться в зависимости от характеристик дренажной системы, текстуры почвы, типа культуры и стадии роста.Идеальная глубина водного зеркала для большинства песчаных почв будет ближе к 18 дюймам, в то время как для мелкозернистых и илисто-глинистых почв потребуется глубина водного зеркала 24 дюйма или более.

Таблица 1 суммирует предлагаемые средние параметры структуры контроля воды для различных культур в течение вегетационного периода в Северной Каролине. Эти значения могут незначительно отличаться в зависимости от характеристик дренажной системы, почвы и методов возделывания сельскохозяйственных культур в конкретном месте.

---

Таблица 1.Предлагаемые настройки структуры контроля воды на основе средней поверхности почвы для различных культур в Северной Каролине.

Период	Урожайность и активность	Контрольная установка по средней поверхности почвы (дюймы)
Кукуруза
дек.1-15 марта	Подвал	12–18
15 марта — 15 мая	Обработка почвы / Посев	24–36
15 мая — 15 августа	Рост / Срок погашения	18–24
авг.15 — 15 октября	Урожай	24–36
Соя
15 октября — 15 апреля	Подвал	12–18
15 апреля — 10 мая	Обработка почвы / Посев	24–36
10 мая — окт.1	Рост / Срок погашения	18–24
1 октября — 1 декабря	Урожай	24–36
Пшеница
окт. 15 — декабря 1	Обработка почвы / Посев	24–36
1 декабря — 1 марта	Пшеничный завод	12–24
1 марта — 15 марта	Заправка	12–36
мар.15 — июня 1	Рост / Срок погашения	18–24
1 июня — 1 июля	Урожай / посадка сои	24–36
Соя двойного посева
1 июля — ноябрь.1	Рост / Срок погашения	18–24
1 ноября — 31 декабря	Урожай	12–36
1 января — 15 марта	Подвал	12–18
Хлопок
дек.1-5 апреля	Подвал	12–18
5 апреля — 1 июня	Обработка почвы / Посев	24–36
1 июня — 1 сентября	Рост / Срок погашения	18–24
сен.1 – Дек. 1	Урожай	24–36
Сроки являются предварительными и могут быть изменены в зависимости от практики возделывания и зрелости урожая. Настройки могут различаться в зависимости от характеристик сайта и погодных условий.

---

В конечном итоге производитель должен принимать решения, касающиеся управления стояком CD для конкретных ситуаций, таких как экстремальные ливни или дополнительные полевые операции. Целью таких решений должно быть максимальное сохранение воды при одновременной защите урожая от стресса, вызванного избытком воды. Поскольку уровень грунтовых вод в полевых условиях не будет точно такой же отметки, как уровень воды на контрольной конструкции, рекомендуется установить одну или несколько неглубоких мониторинговых скважин в ключевых точках месторождения.Тщательно отслеживая эти глубины уровня грунтовых вод в полевых условиях в течение вегетационного периода, оператор сможет с большей уверенностью регулировать подъемные доски. Подумайте об удалении досок, когда прогнозы требуют больших дождей, если уровень воды в контрольной скважине превышает определенный порог уровня грунтовых вод, установленный оператором. Обычно расстояние от 12 до 18 дюймов от поверхности почвы является хорошей отправной точкой для такого порога.

Контролируемый дренаж, практика, которая является частью более широкого набора инструментов, известного как управление дренажными водами, хорошо подходит для ферм восточной части Северной Каролины.Эта практика уже давно признана эффективным ЛМУ для качества воды, но часто водные сооружения не управляются должным образом (если вообще управляются). Однако недавние исследования документально подтвердили еще одно впечатляющее преимущество этой практики для производителей NC, которое должно мотивировать более активное управление их дренажными сооружениями. При правильном управлении системами можно получить значительные выгоды от экономии воды и более высокие урожаи сельскохозяйственных культур. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур объясняется увеличением доступности воды и связанным с этим увеличением поглощения азота растениями (Poole et al. , 2013; 2018). Использование компакт-дисков и правильное управление этими системами действительно беспроигрышны как для производителей, так и для окружающей среды.

Круглогодичное управление структурами CD имеет решающее значение для достижения более высокой доходности. Это особенно актуально в месяцы, которые часто включают периоды засухи. Наибольшие задокументированные выгоды от этой практики были получены в период вегетации с дефицитом воды.

Для производителей с системами CD: управляйте своими сооружениями, чтобы максимизировать преимущества как качества воды, так и урожайности.Для производителей, которые думают об использовании этой практики в будущем, перед установкой CD рассмотрите топографию и потенциальную компоновку новых дренажных систем. Это важный шаг к достижению максимальной отдачи от ваших инвестиций. Конечной целью любой DWM-системы должно быть получение максимальной экономической отдачи.

Исследователи работают над усовершенствованием протоколов управления для повышения урожайности сельскохозяйственных культур в широком диапазоне типов почв и погодных условий, новых конструкций систем управления водными ресурсами и более эффективных систем водоснабжения для Северной Каролины.В будущем новые системы и протоколы будут испытываться в полевых условиях с использованием новых технологий, таких как автоматизированное управление, сотовая передача данных и прогнозы погоды. Есть также надежда, что другие системы DWM, такие как субирригация и сбор и повторное использование воды, могут предоставить дополнительные способы минимизировать сток дренажных вод и вынос питательных веществ, одновременно допуская возможное повторное использование воды для дополнительного орошения.

Эванс Р.О., Р. В. Скаггс и Дж. В. Гиллиам. 1995. Контролируемое влияние дренажа на качество воды по сравнению с обычным дренажем. J. Irrig. Осушать. Eng., 121 (4): 271-276. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9437(1995)121:4(271)

Evans, R.O., and R. W. Skaggs. 2004. Разработка управляемого дренажа в качестве BMP в Северной Каролине. В R. Cooke (Ed.), Proc. 8-й международный Symp. по дренажу. Сент-Джозеф, Мичиган: ASAE.

Гиллиам, Дж. У., Р. В. Скаггс и С. Б. Вид. 1979. Контроль дренажа для уменьшения потерь нитратов с сельскохозяйственных полей. Journal of Environmental Quality, 8 : 137-142.

Пул, К. А., Р. В. Скаггс, Г. М. Чешир, М. А. Юсеф и К. Р. Крозье. 2013. Влияние управления дренажными водами на урожайность в Северной Каролине. J. Потребление воды в почве, 68 : 429-437.

Пул, К. А., Р. В. Скаггс, Г. М. Чешир, М. А. Юсеф и К. Р. Крозье. (2018). Влияние управления дренажными водами на потери нитратного азота в дренажную канализацию в Северной Каролине. Пер. ASABE 61: 233-244 .

Лю Ю., М. А. Юсеф, Г. М. Чешейр, Т. Аппельбум, К. А. Пул, К. Ареллано и Р. В. Скаггс. 2018. Влияние контролируемого дренажа на судьбу и перенос азота для подпочвенного дренированного травяного поля, принимающего жидкие сточные воды свиного лагуны . Управление водными ресурсами в сельском хозяйстве. в обзоре.

Skaggs, R. W. 1982. Полевая оценка имитационной модели управления водными ресурсами. Пер. ASAE 25: 666-674.

Скэггс, Р.W. 1999. Имитационные модели дренажа. In R.W. Skaggs and J. van Schilfgaarde (Eds.), Agricultural Drainage (стр. 469-500). Агрон. Monogr. 38. Мэдисон, Висконсин: ASA, CSSA и SSSA.

Skaggs, R.W., M.A. Youssef, and G.M. Chescheir. 2012. DRAINMOD: использование модели, калибровка и проверка. Пер. ASABE 55: 1509-1522

Skaggs, R. W., and J. W. Gilliam. 1981. Влияние проектирования и эксплуатации дренажной системы на транспорт нитратов. Пер. ASAE, 24: 929-934.https://doi. org/10.13031/2013.34366

Благодарим рецензентов за публикацию:

Роберт О. Эванс младший, доктор философии, физик, почетный профессор биологической и сельскохозяйственной инженерии, Государственный университет Северной Каролины
Джейн Франкенбергер, доктор философии, профессор сельскохозяйственной и биологической инженерии, Университет Пердью
Крис Хэй, доктор философии , Старший научный сотрудник по вопросам окружающей среды, Ассоциация соевых бобов Айовы

Чад Пул

К.м.н., научный сотрудник

Майк Берчелл

Доцент и кафедраРуководитель направления
Биологическая и сельскохозяйственная инженерия

Мохамед Юсеф

Доктор наук, профессор
Биологическая и сельскохозяйственная инженерия

Дополнительную информацию можно найти на следующих веб-сайтах NC State Extension:

Дата публикации: сентябрь. 11 августа 2018 г.
AG-851

N.C. Cooperative Extension запрещает дискриминацию и домогательства независимо от возраста, цвета кожи, инвалидности, семейного и семейного положения, гендерной идентичности, национального происхождения, политических убеждений, расы, религии, пола (включая беременность), сексуальной ориентации и статуса ветерана.

Мы не можем найти эту страницу

(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}} *

{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}} / 500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$ item}} {{l10n_strings.ТОВАРЫ}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}

{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

{{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$ select.selected.display}}

{{article.content_lang.display}}

{{l10n_strings.