Дрены могут принимать только воду, находящуюся в свободно-подвижном состоянии (грунтовые воды, верховодка), заполняющую поровое пространство, т. е. для успешного дренирования почва должна быть в достаточной степени водопроницаемой (kƒ ≧ 6 см/сут согласно таблице 17)
Движение воды в дренируемой почве для глаза незаметно. По-видимому, поэтому появлялись многочисленные теории поступления воды в виде грунтового потока к дрене. Эти теории можно обнаружить и в ряде современных изданий.
Многочисленные исследования на моделях и в натуре, проведенные в различных странах, убедительно показали существование течения воды к дрене.
Линии тока и линии равного напора воды в почвах грунтового заболачивания
Теоретически установленные зависимости, определяющие закономерности движения воды в почве, играют важную роль при выведении новых формул для расчета расстояний между каналами или дренами вместо старых эмпирических.
Рис. 39. Действие трубчатого дренажа при испытании на моделях в ящике с песком. Линии тока окрашены: I - без водонепроницаемого слоя почвы; II - водонепроницаемый слой на глубине дренирования.
Для описания потока грунтовых вод при ламинарном постоянном течении применим закон фильтрации Дарси.
С учетом условий непрерывности грунтовый поток можно рассчитать по дифференциальному уравнению Лапласа.
Существует формальное сходство движения грунтовых вод при единой водопроницаемости почвы со спокойным электрическим потоком, постоянной теплопроводностью, постоянной диффузией.
Закономерности движения грунтового потока были проверены многочисленными испытаниями на почвенных и аналоговых моделях.
Два испытания на моделях (в ящике с песком с фронтальной стеклянной стенкой) показали (рис. 39) в стационарных условиях (приток - отток) с помощью краски, распределенной по поверхности, радиальные линии грунтового потока от поверхности земли к дрене.
Эти линии отражают влияние водонепроницаемого расположенного под дреной слоя почвы (рис. 39, II) на характер течения.
Если такого слоя нет, то вода проходит по нижерасположенным слоям почвы под дреной (рис. 39, I).
Рис. 40. Сравнение расчетных и окрашенных линии тока: 1 - теоретические линии тока (круги Аполлона) для E = ∞ и Н = ∞; 2 - ленты окрашенных линий тока; 3 - сопла с красящим веществом; 4 - поверхность грунтовых вод; 5 - дневная поверхность местности.
Теоретически рассчитанные линии тока графически сопоставлялись с линиями тока, полученными при испытаниях на моделях. Они оказались подобными (рис. 40).
При полевых испытаниях на пьезометрах из жесткого поливинилхлорида, установленных на разных расстояниях от дрен и разных глубинах (рис. 41), с помощью электрических мерных зондов определяют напор грунтовых вод в разные сроки.
Рис. 41. Пьезометры перед установкой между двумя дренами для измерения напора грунтовых вод.
Числовые значения оцениваются графически для каждого срока измерения и каждого разреза местности.
На нижних точках пьезометров указывают напор грунтовых вод в миллиметрах, пересчитанный на условия плоскости измерения, и затем проводят линии равных напоров (линии гидродинамической сетки), соответствующие 25, 50 или 100 мм напора (градиент потенциала).
В соответствии с потенциальной теорией линии тока вырисовывают путем подбора их направления, перпендикулярного эквипотенциальным линиям.
Рис. 42. Линии равного напора грунтовых вод и линии тока, полученные в результате пьезометрических измерений между трубчатыми дренами: А - места проведения измерений; Б - плоскость проведения измерений (1:2000), В - дневная поверхность, Г - гончарная трубчатая дрена, Д - водонепроницаемый слой; Е - песчаный подстилающий слой
На рисунке 42 представлены результаты для гончарного трубчатого дренажа в период после выпадения интенсивных осадков.
Гидродинамическая сетка очень напоминает направления потоков, представленных на рисунках 39 и 40.
Трехдневное понижение уровня грунтовых вод примерно на 25 см соответствует пропускной способности дренажа.
В данном случае имеет место неустановившееся движение воды (отток больше притока), что характерно для каждой осушительной системы.
Модуль стока (q) составляет 0,54 л/с•га.
Рис. 43. Влияние глубины залегания водонепроницаемого слоя почвы на расстояние между дренами: I - водонепроницаемого слоя нет; II - подонепроницаемый слой на глубине 1 м ниже дрены; III - водонепроницаемый слой на глубине укладки дрены; 1 - поверхность земли; 2 - зеркало грунтовых вод; 3 - линии тока грунтовых вод.
Влияние глубины залегания водонепроницаемого слоя почвы показано на рисунке 43.
Расстояния между дренами рассчитаны для установившегося тока при единой (высокой) водопроницаемости почвы, напоре грунтовых вод над дреной 0,5 м и слое стока 7 мм/сут.
Для большей наглядности вертикальный масштаб рисунка увеличен в 10 раз.
На графике I рисунка 43 рассмотрен случай, когда дрены лежат в мощном слое водопроницаемой почвы, например в пойменной почве песчано-гравийной террасы с высокими уровнями грунтовых вод.
Водонепроницаемого слоя почвы нет или он залегает очень глубоко (5 м и более ниже дрены). В данном случае достаточно расстояния между дренами (а) порядка 50 м.
На графике II имеется водоупор грунтовых вод на глубине 1 и ниже дрен. Расстояние между дренами равно 30 м.
Если водонепроницаемый слой залегает на глубине расположения дрен (график III), для почв с верховодкой расстояние между дренами сокращается до 15 м.
Специалисты компании ООО "ЕРГ Групп" помогут выбрать и установить дренажную систему, которая подойдет именно для Вашего проекта. Если Вы хотите получить качественно выполненный дренаж, звоните нам: +7 (917) 2928 83 83 или пишите на эл. почту: erg_group@mail.ru.
