Устройство водоёмов-копаней

Если сделать вертикальный разрез водоема, то профиль откосов и дна может быть самым различным. Наиболее простой вариант — это береговой откос, устойчивый в естественном состоянии или связанный с креплением, если его угол превышает допустимый для данного типа грунта, и почти горизонтальное дно. Выбор угла естественного или искусственного откоса (сухого — выше уровня воды; мокрого — ниже уровня воды) в первом приближении можно произвести по СНиП 2.02.01-83* «Основания зданий и сооружений». Основным показателем, на который необходимо ориентироваться, является угол внутреннего трения φ. Нормативные значения угла внутреннего трения φ песчаных и пылевато-глинистых грунтов в зависимости от коэффициента пористости приведены в табл. 6.2, 6.3. 

Таблица 6.2. Нормативные значения угла внутреннего трения φ песчаных грунтов в зависимости от коэффициента пористости
Грунты Угол внутреннего трения φ, ° при коэффициенте пористости 0,45 ...0,75
Гравелистые и крупные песчаные 43...38
Средней крупности 40...35
Мелкие 38...28
Пылеватые 36...26

 

Таблица 6.3. Нормативные значения угла внутреннего трения φ пылевато-глинистых грунтов в зависимости от коэффициента пористости
Грунт Показатель текучести Угол внутреннего трения φ, °, при коэффициенте пористости 0,45... 1,05
Супеси 0...0,25 30...24
0,25...0,75 28...18
Суглинки 0...0,25 26...20
0,25...0,50 24... 17
0,50...0,75 19...12
Глины 0...0,25 21...14
0,25...0,50 18...11
0,50... 0,75 15...7

Угол внутреннего трения характеризует сопротивление грунтов сдвигу. Коэффициент пористости представляет собой отношение объема пор к объему твердой фазы грунта.

Показатель текучести характеризует пластичное состояние глинистых грунтов в зависимости от их влажности, которая влияет на свойства грунтов.

В зависимости от показателя текучести грунтов им присваивают дополнительные наименования:

Грунты Показатель текучести
Полутвердые 0,00...0,25
Тугопластичные 0,25...0,50
Мягкопластичные 0,50...0,75
Текучепластичные 0,75... 1,00

По форме дна водоемы-копани можно подразделить на плоские, слабонаклонные, параболические, сферические и т.д. По глубине водоемы могут иметь дно одно-, двух-, трехступенчатое и т.д. (в зависимости от назначения водоема). Во всех случаях строительства водоема-копани необходимо помнить о том, что его зарастание связано с глубиной. При глубине 1... 1,5 м и более зарастание происходит более медленно. Поэтому часто стремятся избегать создания малых глубин. А это при ограниченных размерах водоема возможно достичь лишь при условии крепления подводных откосов, позволяющих делать их значительно более крутыми (вплоть до вертикальных), по сравнению с утлом внутреннего трения.

Крепление сухих откосов водоемов рассмотрено в подразд. 5.2. Крепление мокрых откосов водоемов-копаней имеет свои особенности и по применяемым материалам подразделяется на три основные категории: крепление из местных материалов, искусственных материалов на базе природных компонентов и современных синтетических материалов.

В качестве примера приведем перечень указанных видов материалов для крепления преимущественно мокрых откосов водоемов всех типов.

А. Из местных материалов:

1) фашинное;
2) фашинно-каменное (полосами);
3) плетневое;
4) плетневое с гравийным или песчано-гравийным фильтром;
5) деревянным забором;
6) шпунтовой стенкой;
7) свайной стенкой;
8) ложно-свайной стенкой;
9) каменным мощением по плотной естественной поверхности;
10) каменным мощением по песчаной или щебеночной подготовке;
11) каменной (бутовой) кладкой на цементном растворе;
12) сухой бутовой кладкой;
13) ряжевыми конструкциями из дерева с заполнением булыжником, каменным сколом, гравием, щебнем и т.д.;
14) габионными стенками и матами в металлических сетках.

Б. Из искусственных материалов на базе природных компонентов:

1) монолитным бетоном с поверхностной обработкой или без нее;
2) монолитным бетоном с облицовкой камнем;
3) ячеистыми бетонными плитами;
4) ячеистыми бетонными плитами с заполнением ячеек щебнем или гравием;
5) сплошными бетонными плитами;
6) бетонными плитками (типа тротуарных);
7) каменно-плиточной кладкой;
8) каменной кладкой в деревянных клетках;
9) плиточной кладкой в деревянных клетках.

В. Из современных синтетических материалов:

1) геоткань в комбинации с типами А, Б;
2) геоткань с геосетками;
3) геоткань с георешетками и заполнителем;
4) геокаркас с заполнителем.

Формы водоемов в плане могут быть самыми разнообразными. Условно их можно подразделить по форме границы акватории на водоемы правильной геометрической формы (прямоугольные, квадратные, треугольные, многоугольные, круглые, эллипсовидные и т.д.) и неправильной геометрической формы (фантазийной), наилучшим образом отвечающей стилю ландшафта и застройки объекта. Последний вид насчитывает бесчисленное количество вариантов, часть из которых приведена на рис. 6.8.

Рис. 6.8. Различные формы акватории водоемов

Рис. 6.8. Различные формы акватории водоемов

Деление водоемов по типам водного питания было приведено ранее. Заполнение водоемов водами поверхностного стока достаточно подробно было рассмотрено в подразд. 6.4, принудительное наполнение (наливные водоемы) не нуждается в дополнительных пояснениях, а вот питание грунтовыми водами часто не используется. Больше того, повальное увлечение пленочными противофильтрационными экранами часто приводит к тому, что естественное грунтовое питание чистой водой перекрывается экраном из пленки (или другого материала), а водоем заполняется менее чистым поверхностным стоком. Во избежание этого необходимо рассмотреть схему питания водоема грунтовыми водами тогда, когда этому благоприятствуют гидрогеологические особенности объекта. А к этим особенностям, в первую очередь, относятся близкое залегание уровня грунтовых вод и высокая водопроницаемость грунтов.

Для пояснения конструктивных особенностей различных водоемов-копаней и способов их строительства приведем некоторые примеры, в которых водоемы отличаются друг от друга размерами, типами грунтов, уровнем залегания грунтовых вод и основными типами водного питания.

1. Малый водоем-копань в водопроницаемых грунтах, при глубоком залегании уровня грунтовых вод, водное питание — водами поверхностного стока или принудительным наполнением (наливной водоем):

• вынос проекта в натуру;
• устройство котлована экскаватором, бульдозером или вручную;
• вывоз грунта за пределы объекта или использование его в элементах геопластики;
• планировка вручную поверхности дна и откосов котлована;
• укладка первичного слоя гидроизоляции (экрана) из местных материалов (тяжелый суглинок, глина тяжелая или средняя) с просыпкой гравием и уплотнением. Этот слой (экран) имеет толщину 0,3...0,5 м (или 1/4... 1/3 от слоя воды над ним), укладывается слоями по 0,15...0,20 м с послойным уплотнением механической трамбовкой. Этот экран выводится выше уреза воды на 0,4... 0,5 м;
• устройство сверху экрана гравийной пригрузки слоем толщиной 4... 5 см с уплотнением;
• укладка и разравнивание по поверхности основания из гравия слоя крупнозернистого песка толщиной 0,10...0,20 м;
• мокрые откосы такого водоема должны быть достаточно пологими (т - = 4...5) во избежание оползания песка;
• при более крутых откосах, особенно в прибрежной части, применение методов крепления этих откосов (указанных ранее) с одновременным устройством искусственной шероховатости для удержания песка (геосетки, георешетки, геокаркасы и т.д.).

2. Микроводоем в тех же условиях, но с дополнительным применением синтетических материалов:

• в начальной стадии выполнение тех же операций, но при условии выполнения работ, в основном, вручную;
• укладка на экран из природных материалов половинной толщины (0,15... 0,20 м) геоткани средних номеров (250 — 450), в качестве основы перед укладкой синтетического противофильтрационного экрана;
• укладка поверх геоткани синтетического пленочного экрана из полиэтилена, резины, бутилкаучука толщиной 1 мм и больше (или бентонитовые маты);
• покрытие экрана сверху объемной геосеткой и засыпка его песком, гравием;
• в качестве синтетического заменителя песка и гравия (по виду) можно использовать защитную ткань Еврофол (Eurofol).

3. Среднего размера водоем-копань в водопроницаемых водонасыщенных фунтах при близком залегании уровня грунтовых вод и грунтовом типе водного питания:

• вынос проекта в натуру и закрепление контура водоема кольями и лентами;
• устройство котлована машинным или ручным способом с утилизацией фунта на месте или вывозом за пределы объекта;
• устройство приямка (зумпфа) в наиболее низкой части и ближе к месту сброса воды;
• откачка воды насосом (землесосом), пропускающим мелкие камни или при защите насоса мелкой металлической сеткой;
• выравнивание мокрого дна и откосов котлована вручную;
• укладка геоткани средних номеров (250 — 450) с перекрытием и скреплением швов скобами, сшиванием нитями, склеиванием или свариванием с последующим редким пришпиливанием к дну котлована;
• покрытие поверхности геоткани геосетками, георешетками или геокаркасом выбранной высоты с нормативным креплением шпильками к дну и откосам котлована;
• заполнение ячеек гравием, щебнем, галькой, крупным песком или их сочетанием по выбору ландшафтного архитектора.

4. Крупный водоем-копань в водопроницаемых водонасыщенных грунтах при близком залегании уровня грунтовых вод и грунтовом водном питании:

• вынос и закрепление проекта в натуре указанными ранее способами;
• устройство котлована методами механизации или гидромеханизации из- под воды с удалением вынутого грунта за пределы объекта;
• оформление береговой линии путем срезки или отсыпки фунта (в зависимости от особенностей рельефа);
• отсыпка песчаного фильтра в воду с вариантами (устройство геотканиево-песчаного фильтра при откачке воды; без применения фильфа);
• прифузка песчаного слоя гравием или галькой (если это необходимо);
• при наличии гравийного или щебневого слоя возможно полное или частичное покрытие слоем крупно или разнозернистого песка.

5. Крупный водоем-копань в среднепроницаемых грунтах при глубоком залегании уровня грунтовых вод и смешанном типе водного питания поверхностным стоком, водами верховодки, принудительном наполнении:

• вынос проекта и закрепление в натуре;
• устройство котлована механизированным способом;
• утилизация вынутого грунта;
• ручная доработка дна и откосов;
• последующая обработка поверхности дна и откосов различными методами;
• возможно уплотнение механическими трамбовками при отсутствии (или с откачкой) воды;
• возможность просыпки поверхности сухим глиняным порошком, глиноцементной смесью или разнозернистым песком с последующим уплотнением;
• возможность укладки геоткани, если есть опасность периодической суффозии или в качестве мелкопористой части прямого фильтра;
• отсыпка прямого фильтра из песка, в том числе содержащего мелкие фракции, слоем толщиной 0,10...0,15 м;
• отсыпка гравия или щебня для пригрузки песка и создания крупнопористой части прямого фильтра слоем толщиной 0,05...0,10 м;
• в зоне купания отсыпка пляжного откоса и отдельных мелководий песком;
• в случае больших потерь воды на фильтрацию (особенно в первые годы) борьба с ней путем постепенной естественной и искусственной кольматации (порошками глины или пылевато-иловатыми песками).

Изучив некоторые аспекты устройства водоемов-копаней и особенности их водного питания фунтовыми водами, необходимо ознакомиться с простейшими гидрогеологическими расчетами, позволяющими определить приток грунтовых вод в котлован как строящегося, так и уже построенного водоема.

При устройстве водоема-копани вначале выкапывают котлован и лишь затем обустраивают дно и откосы будущего водоема. Поэтому при определении притока подземных вод к водоему прежде всего рассматривают приток вод в котлован.

При расчетах действительные контуры котлована приводят к фиктивному равновеликому кругу радиусом R₀. Значения R₀ могут быть определены:

• для прямоугольных в плане котлованов —

• для котлованов неправильной в плане формы —

где R₀ — радиус фиктивного равновеликого круга, м; ƞ — коэффициент, значения которого определяют по отношению B/L; L — длина котлована, м; В — ширина котлована, м; F — площадь котлована, м².

Зависимость коэффициента ƞ от значения отношения B/L

B/L  0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
ƞ 1,0 1,12 1,16 1,18 1,18 1,18

Приток воды в котлован рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод исходя из двух положений горизонта воды в реке или водоеме — меженного и паводкового. В первом случае значения притока получаются минимальными, во втором — максимальными. В зависимости от гидравлического состояния водоносного пласта котлованы разрабатываются в условиях безнапорных (наиболее часто встречающийся в практике случай) или напорных вод.

Котлованы могут быть: совершенными, т.е. доходящими до нижнего водоупора и принимающими воду только через стенки, и несовершенными, не доходящими до нижнего водоупора с притоком воды через стенки и дно или только через дно. Если котлован прорезает неоднородные пласты, состоящие из слоев различной водопроницаемости, то в качестве коэффициента фильтрации К принимается приведенная величина, определяемая по формуле

где h1, h2, ..., hn — мощности отдельных слоев, м; K1, K2, ..., Kn — коэффициент фильтрации этих слоев, м/сут.

В случае доведения дна котлована до нижнего водоупора (совершенные котлованы) приток воды может быть рассчитан по следующим формулам.

1. В условиях безнапорных вод (рис. 6.9, а):

где Q — приток воды в котлован, м3/сут; K — коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут; Н — мощность безнапорного водоносного пласта, м; R — радиус влияния при работе котлована, м; R₀ — приведенный радиус котлована, м.

Рис. 6.9. Схема притока воды к широкому, не вытянутому в длину котловану совершенного типа

Рис. 6.9. Схема притока воды к широкому, не вытянутому в длину котловану совершенного типа: а — в безнапорных водах; б — в смешанных условиях; 1 — депрессионная кривая после сооружения котлована; 2 — уровень фунтовых вод до сооружения котлована; 3 — пьезометрический уровень фунтовых вод до сооружения котлована; 4 — напорный водоносный пласт; 5 — пьезометрическая депрессионная кривая после сооружения котлована; m — расстояние от водоупора до верха водоносного горизонта; S — напор фунтовых вод над дном котлована; R — радиус влияния котлована на приток грунтовых вод; R₀ — приведенный радиус котлована; h — расстояние от водоупора до точки кривой депрессии, характеризующее высачивание воды через стенки котлована; H — расстояние от водоупора до уровня фунтовых вод до сооружения котлована

2. В смешанных условиях, при наличии двух зон — напорной и безнапорной (рис. 6.9, б):

где S — напор грунтовых вод над дном котлована, м; m — мощность напорного водоносного пласта, м.

Если дно котлована не доходит до нижнего водоупора (несовершенные котлованы), то приток воды в напорных условиях может быть рассчитан по формуле В. М. Шестакова:

Приток воды к несовершенному котловану при его работе в безнапорных условиях (рис. 6.10) может быть рассчитан путем рассмотрения потока выше дна котлована — как безнапорного к совершенному котловану, а поступающего через дно — как напорного. Для этого используют формулу

Рис. 6.10. Схема притока воды к широкому, не вытянутому в длину котловану несовершенного типа при работе его в безнапорных водах: 1 — уровень грунтовых вод до сооружения котлована; 2 — депрессионная кривая после сооружения котлована; 3 — линия раздела потока на безнапорную и напорную зоны; R — радиус влияния котлована на приток грунтовых вод; R₀ — приведенный радиус котлована; S — напор фунтовых вод над дном котлована; m — мощность напорного водоносного пласта

Для проведения данных расчетов необходимо знать радиус влияния котлована R. Напрямую определить радиус R нельзя, поэтому введем промежуточное значение R', которое связано с радиусом R следующим соотношением:

R' = R—R₀.

Значение R' зависит от вида грунта и может быть определено по формуле

где Н — мощность водоносного пласта, м; α — угол между кривой депрессии и горизонтальной плоскостью, °.

Для каждого вида грунта и установившегося режима величина tgα постоянная, что облегчает определение R' для двух режимов — установившегося и неустановившегося (табл. 6.4).

Таблица 6.4. Ориентировочные значения tgα
Почва, грунт Значения tgα при режиме
установившемся неустановившемся
Песчаная 0,02 0,05
Супесчаная 0,05 0,10
Суглинистая 0,07 0,15
Глинистая 0,10 0,20
Тяжелая глинистая 0,12 0,25
Низинная торфяная 0,10 0,20

Водосбросы водоемов-копаней можно разделить на два вида: самотечные водосбросы и водосбросы с механическим подъемом воды. Водоспуски водоемов-копаней, за очень редким исключением, всегда устраивают с механическим подъемом воды. Самотечные водосбросы водоемов-копаней практически ничем не отличаются от таких же сооружений плотинных водоемов. При этом их сооружение возможно лишь в тех случаях, когда недалеко от водоема находится какой-либо водоприемник, в который можно сбрасывать лишнюю воду (овраг, ручей, речка, глубокий магистральный канал, озеро с высокими берегами и т.д.). Во всех остальных случаях приходится прибегать к механическому водоподъему, для чего в непосредственной близости от водоема в зоне наиболее глубокой его части устраивают водоприемный (обычно бетонный) колодец, в который и сбрасывают излишки воды. На дне колодца устанавливают погружной центробежный насос, который поднимает воду ближе к поверхности и сбрасывает ее или в искусственный ручей (лоток), или по напорному трубопроводу подает непосредственно в водоприемник. Последняя схема возможна тогда, когда водоприемник находится, как правило, на расстоянии не более 100 м.

Если водоем-копань оборудуется донным водоспуском, то при наличии водосброса колодезного типа трубу водоспуска целесообразно вывести в тот же колодец. Для этого в дне водоема напротив колодца делают углубление (приямок), в котором и устанавливают приемный оголовок донного водоспуска. Выходной оголовок донного водоспуска оканчивается в колодце на высоте выше минимального уровня, при котором начинается автоматическая работа насоса. Насос при этом все время должен находиться в воде (рис. 6.11).

Рис. 6.11. Водосброс и донный водоспуск водоема-копани

Рис. 6.11. Водосброс и донный водоспуск водоема-копани: 1 — водосброс трубчатого типа; 2 — защитная сетка; 3 — приямок; 4 — дойный водоспуск; 5 — вентиль; 6 — погружной дренажный насос с автоматикой; 7 — нижний уровень воды в колодце; 8 — гибкий напорный трубопровод; 9 — напорный трубопровод; 10 — водоотводящий лоток или дождевая канализация

Источник: Строительство и эксплуатация объектов ландшафтной архитектуры. Теодоронский В.С.

Добавить комментарий

CAPTCHA
Подтвердите, что вы не спамер