4.2. Способы и технология строительства

Известны три основных способа строительства дренажа: траншейный, узкотраншейный и бестраншейный.

Траншейный способ предусматривает укладку труб в заранее открытую траншею. Траншеи прокладываются экскаваторами непрерывного действия (чаще всего) или одноковшовыми (при наличии камней диаметром до 35 см или погребенной древесины, в плывунах) и при глубине укладки, недоступной для дреноукладчиков.

Достоинства траншейного способа: хорошие водоприемные свойства дрен; возможность визуального контроля и устранения препятствий и помех в ходе строительства дрены; возможность разделения технологических операций во времени; малая зависимость от грунтовых и других условий объекта; возможность использования легких машин различной мощности; практически неограниченная глубина прокладки дрен; наличие большого количества дреноукладчиков.

Недостатки траншейного способа: относительная сложность и низкая надежность машин; необходимость переработки сравнительно больших объемов грунтов (0,4–0,6 м³/п.м); невысокая рабочая скорость, а значит, невысокая производительность траншеекопателей (в среднем 50–60 м/ч на среднесписочную машину, или 40–45 км в год); необходимость обратной засыпки траншей; повреждение на трассах дрен плодородного слоя почвы (10–25 % осушаемой площади), что приводит к снижению урожайности.

В слабоводопроницаемых грунтах требуется большой объем фильтрующих засыпок, при этом их стоимость составляет около половины стоимости строительства, с учетом значительных транспортных затрат. К тому же наблюдается недостаток средств механизации, дефицитность материалов.

Узкотраншейный способ предусматривает укладку труб в траншею шириной 0,10–0,25 м. При этом в определенной мере сохраняются достоинства траншейного способа и ослабляются его недостатки, однако узкие траншеи трудно засыпать, усложняется устройство устьевых сооружений и исправление дефектов.

Особенно перспективен узкотраншейный способ в зимних условиях (при разработке мерзлых грунтов). Сокращение объемов подготовительных работ (утепление трасс, их вскрытие и разработка мерзлых грунтов специализированными машинами), составляющих значительную долю общих объемов строительства, позволяет существенно снизить стоимость прокладки дренажа в зимнее время. Узкотраншейный способ применяется в грунтах без каменистых и древесных включений.

При массовом строительстве дренажа наиболее перспективен бестраншейный способ. При этом резко снижаются объемы земляных работ, не требуется обратная засыпка. Главное достоинство – большая рабочая скорость (до 1,0–1,5 км/ч), что обеспечивает сменную выработку до 5 км и годовую – до 300 км. Исключается тяжелый физический труд, меньше объемы предварительного осушения, не требуется засыпка дренажа, нет потерь гумусового слоя, эффективность применения лазерной установки.

Применение этого способа позволяет решить проблему укладки дренажных труб при высоком уровне грунтовых вод.

Недостатки бестраншейного способа: пониженные водоприемные свойства дрены (можно применять в грунтах с коэффициентом фильтрации не менее 0,3 м/сут); невозможность визуального контроля и устранения повреждений дрены в ходе строительства; неудобство соединений дрен и устройства устьев; невозможность работы с включениями крупных камней и погребенной древесины; уплотнение и «зализывание» стенок щели; заиление защитно-фильтрующего материала поверхностными мутными водами, проникающими через щель (заделка щели обработкой пахотного слоя).

Существующая рекомендация до устройства бестраншейных дрен устраивать поперечные траншеи с заполнением их фильтрующей засыпкой отличается нетехнологичностью и увеличивает потребность в ресурсах.

В случае необходимости увеличения осушительного действия бестраншейных дрен в тяжелых слабоводопроницаемых грунтах или устройства комбинированных систем подпочвенного увлажнения с осушителями-увлажнителями или скважинами-усилителями с бестраншейными дреноукладчиками может агрегатироваться специальное сменное трубоукладочное оборудование, позволяющее осуществлять укладку фильтрующих элементов одновременно с прокладкой основных дренажных трубопроводов.

Прошло производственную проверку оборудование для механизированной укладки индустриальных блоков из различных материалов (вспененный полистирол, торфоблоки) с высокой водопропускной способностью, для засыпки щели песчано-гравийной смесью, гумусированным грунтом.

Блоки из полистирола получают кипячением в воде исходного сырья (бисера) в специальных формах размером 15 ? 30 ? 50 см (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Устройство бестраншейного дренажа с укладкой

фильтрующих блоков: 1 – приставка; 2 – фильтрующий элемент

Целесообразно использовать оборудование для механизированной прокладки непрерывного фильтрующего жгута (рис. 4.2) и для внесения оструктуривающих быстротвердеющих полимеров и химмелиорантов (рис. 4.3).

Для уменьшения тяговых сопротивлений предложена технология предварительного глубокого рыхления трасс с одновременным внесением химмелиорантов, стабилизирующих структуру грунта, при этом улучшается и осушающее действие дренажа на тяжелых почвах.

Уменьшить тяговое сопротивление возможно двойным проходом дреноукладчика. Первым проходом от истока будущей дрены дреноукладчик рыхлит трассу на половину проектной глубины без укладки дренажной трубы, а вторым – укладывает дрену от ее устья к истоку.

Рис. 4.2. Укладка фильтрующего жгута

Рис. 4.3. Внесение оструктуривающих быстротвердеющих

полимеров и химмелиорантов

Тяговое сопротивление дреноукладчика существенно зависит от глубины укладываемых дрен, поэтому при проектировании дренажа целесообразно придерживаться минимально допустимых значений глубины дрен, предусматривая подключение их к коллектору через вертикальный элемент – стояк.

Особенности строительства дренажа узкотраншейным и бестраншейным способами обусловливают разделение работ по укладке закрытых коллекторов и регулирующих дрен. Строительство регулирующих дрен целесообразно выполнять бестраншейными или узкотраншейными дреноукладчиками, а коллекторов – траншейными. Такое разделение имеет ряд достоинств: строительство коллекторов траншейным способом позволяет повысить их качество; широкая траншея коллектора обусловливает минимальные дополнительные затраты труда при установке смотровых колодцев, перепадов, дренажных устьев и других сооружений на дренажной сети; соединение дренажной линии с коллекторной выполняют из траншеи коллектора; укладка дренажных линий бестраншейным способом позволяет повысить производительность машин на 50–75 % и более по сравнению с траншейным.

Строительство бестраншейного пластмассового дренажа в зависимости от условий производства работ осуществляется в соответствии со следующими технологическими схемами (ТС) (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Технологические схемы устройства закрытого дренажа:

1 – открытый канал; 2 – закрытый коллектор; 3 – бестраншейная

дрена; 4 – холостой ход дреноукладчика

ТС-1. При работе по этой схеме для заглубления рабочего органа дреноукладчика до отметок коллектора в устье дрены многоковшовым или одноковшовым экскаватором устраивается приямок (рис. 4.5) с недобором 5–10 см и ручной доработкой. Следует заметить, что устройство приямков связано с большими неудобствами и резко снижает производительность бестраншейных дреноукладчиков, которые вынужденно простаивают в период подготовительных работ. Заблаговременная подготовка приямков в большинстве случаев невозможна из-за их обрушения. В результате для обслуживания одного бестраншейного дреноукладчика требуется два траншейных: один – для прокладки коллекторов, а другой – для устройства приямков. Затраты времени на устройство приямков составляют 20–35 % времени строительства всей дрены. В связи с этим предпочтительнее схема (ТС-3), при которой бестраншейная дрена непосредственно впадает в открытый канал (однако требуется большее количество устьев, что приводит к большей длине открытой сети и увеличивает трудоемкость). Устье может быть простейшим – асбестоцементная или гладкая пластмассовая труба длиной 1,5 м с одерновкой откоса шириной до 1 м. Схема удобна в эксплуатации, так как можно наблюдать за работой каждой дрены.

Рис. 4.5. Приямок:

1 – бункер дреноукладчика; 2 – коллектор; 3 – пластмассовая труба;

4 – прижимная вилка

ТС-2. В ряде производственных организаций в случае двухстороннего впадения дрен в закрытый коллектор под прямым углом применяется «глухая» прокладка дрен (если дрены укладываются до укладки коллектора при запаздывании работы по коллекторам (при этом меньше длина холостых перегонов). В этом случае укладку дрены начинают от ее истока без отрывки приямков и заканчивают в истоке противоположной дрены. Затем экскаватором-дреноукладчиком устраивается коллектор. Ковши экскаватора перерезают пластмассовые трубы в створе коллектора, которые при помощи дополнительных вставок и тройников соединяются с коллектором.

Применять эту схему следует осторожно, а именно, при отсутствии гравитационной воды в дренируемом слое, если УГВ залегает ниже коллекторов, в противном случае из-за интенсивного поступления воды в траншею невозможно осуществлять качественное присоединение дрены к коллектору; требуется особо точное выдерживание глубины дрен в створе коллектора.

Представляет интерес схема ТС-4, при которой бестраншейные дрены через одну укладываются от канала, а промежуточные сопрягаются с модульным коллектором, устраиваемым после укладки дрен. Схема отличается отсутствием приямков, минимумом холостых переездов.

В зависимости от положения УГВ, устойчивости вертикальных откосов траншей, механических и физических свойств грунтов строительство керамического дренажа осуществляют по следующим технологическим схемам.

ТС-1. Применяется при УГВ ниже дна разрабатываемых траншей, когда вертикальный откос в связных грунтах находится в равновесии. После отрывки траншеи бригада трубоукладчиков может укладывать трубы в этих условиях как непосредственно вслед за экскаватором, так и раздельным способом, но без существенного разрыва между разработкой траншеи и укладкой труб. Траншейные экскаваторы можно использовать в этих условиях на повышенных скоростях, причем укладывать трубы можно как через трубоукладчик, так и без него.

ТС-2. Применяется при положении УГВ на период строительства выше дна траншей. При этом использование экскаваторов при строительстве керамического дренажа ограничено в связи с возможным обрушением откосов и поступлением воды в траншею (обычно вода после отрывки траншеи начинает выступать со стенок и дна через 3–5 мин). В таких случаях трубы укладывают непосредственно вслед за экскаватором, не допуская разрыва между устройством траншеи и укладкой труб. Учитывая, что в процессе устройства траншей проектный уклон может быть выполнен с отклонениями, для уменьшения и исключения ручных работ по подчистке неровностей дна траншей трассы дрен тщательно планируют с удалением корней, пней, камней и других препятствий.

Стыки между трубами делают минимальными. Для этого трубы предварительно сортируют и подгоняют одну к другой. При использовании деформированных труб с косыми поверхностными торцами получаются недопустимо большие зазоры, которые вызывают преждевременное заиление дрен.

Закрытые коллекторы глубиной более 2 м в водонасыщенных грунтах целесообразно строить при этом одноковшовыми экскаваторами. Технология устройства дренажа в этих условиях следующая. Экскаватор устраивает траншею, один рабочий подчищает неровности, другой по визиркам проверяет качество выполненного дна, третий укладывает трубы и обкладывает их фильтрующим материалом, четвертый и пятый засыпают траншеи. Сменная выработка бригады – 300 м дренажа.

ТС-3. Применяется при устройстве дренажа в торфяных грунтах. В этом случае необходимо учитывать, что при осушении происходит неравномерная осадка торфа и применять короткие керамические трубы нельзя. В случае необходимости их применения трубы укладываются на деревянное основание из досок или брусков (стеллажи). Стеллаж укладывается с разрывом 4–5 м от экскаватора после подчистки и проверки дна и сбивается с ранее уложенным звеном. На соединенные звенья укладывают трубы, остальные операции те же, что при обычной укладке. При выравнивании стеллажа подсыпают неразмокаемый жесткий грунт (песок или гравий). При установке копирной линии (тросика или луча лазера) вносится поправка на толщину стеллажа.

Следует заметить, что устройство дренажа на стеллажах является весьма трудоемким и дорогостоящим, отличается тяжелыми условиями труда и низким уровнем механизации. В связи с этим большой интерес представляют различные конструкции водоприемно-соедини-

тельных пластмассовых муфт. Муфты обладают определенной эластичностью, позволяющей прохождение дренажной плети по спускному лотку трубоукладчика.

Использование муфт позволяет вести укладку дренажных линий в порядке, предусмотренном ТС-2. Существенно также то, что при этом возможна укладка дренажа узкотраншейным способом. Для неустойчивых грунтов разработана также конструкция дренажной плети, которая собирается из керамических труб и соединительных муфт на поверхности дренажной трассы до начала процесса разработки дренажной траншеи. Сборка дренажной линии осуществляется с помощью муфт внутренней или внешней стыковки, гибкого армирующего элемента, состоящего из металлического или капронового троса с пружинными вставками и фиксирующей арматуры.

ТС-4. Применяется при устройстве дренажа в плывунах, где обычная технология невозможна. Если позволяют условия, дрены укладывают над прослойками плывуна. В противном случае проводят предварительное осушение с понижением УГВ ниже дна дрен.

Каналы предварительного осушения выполняются в три этапа: на первом этапе каналы устраиваются через один от проектной трассировки, на втором – через 1–2 месяца – в промежутке между ними, на третьем – еще через 1–2 месяца – углубляются каналы, выполненные на первом этапе.

После этого одноковшовым экскаватором устраивается траншея и на ее дно или на «полку» укладываются дренажные трубы. Стенки траншеи для предотвращения обрушения крепятся опалубкой из досок с распорками. Зазоры в стыках труб допускаются не более 1 мм, защищаются мхом, дерниной (травой вниз) и сверху присыпаются пахотным слоем.

Для понижения УГВ в исключительных случаях можно использовать также иглофильтровые установки.

ТС-5. Применяется при устройстве дренажа в грунтах, засоренных камнями. По степени сложности мелиоративного строительства в зависимости от генезиса (происхождения), механического состава грунтов, закамененности, а также рельефа выделяют четыре основные категории сложности района.

На объектах I категории (при наличии камней до 5 м³/га) дренаж строят по обычной технологии.

На объектах II и III категорий при наличии валунов соответственно от 5 до 25 и от 25 до 100 м³/га также используются экскаваторы-дреноукладчики. Для удаления поверхностных и скрытых камней применяют корчеватели или рыхлители.

В грунтах IV категории (включение валунов более 100 м³/га) дренаж строят одноковшовыми экскаваторами с укладкой труб на дно траншеи или на «полку» (в водонасыщенных грунтах). Ложе для труб следует дорабатывать вручную.