СПОСОБ ОСУШЕНИЯ ЗЕМЕЛЬ С БЛИЗКИМ ЗАЛЕГАНИЕМ ГРУНТОВЫХ ВОД ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫХ ПОЛОС АЭРОДРОМОВ
METHOD FOR DRAINING LANDS WITH CLOSE GROUNDWATER BEDDING WHILE BUILDING AERODROME RUNWAYS

Изобретение относится к строительству и гидромелиорации и может быть использовано для осушения взлетно-посадочных полос аэродромов, автомобильных дорог и железнодорожных дорог.
Из патентной литературы известен способ осушения земель, включающий на первом этапе изыскания устройство проводящей, ограждающей сети, водоприемник, каналы предварительного осушения, а на втором этапе - засыпку сети предварительного осушения, дополнительные изыскания и прокладку дренажа, на первом этапе выполняют регулирующую сеть дрен с междренными расстояниями, определенными по максимальным значениям проводимости дренируемого водоносного пласта из ряда данных, полученных в результате изысканий, а на втором этапе определяют фактическую скорость изменение уровней грунтовых вод в междренном пространстве регулирующей сети дрен первого этапа, с учетом которой прокладывают дополнительную регулирующую сеть между дренами первого этапа (Авторское свидетельство SU №1559044, E02B 11/00 от 23.04.1990).
Недостатком известного способа является то, что он не учитывает водно-физические свойства грунтов, например не учитывается уклон поверхности мелкоконтурных болот, из которого вытекает вода, а также поверхности ряда лежащих на его пути участков с микрорельефами, строением его разрезов грунта, т.е. водно-физическим свойствам этих грунтов, в частности величины и направления фильтрации грунтов. В результате количество осушителей увеличивается, при этом увеличивается объем земляных работ. Кроме того, не учитывает уклон грунтовых вод, соответствующий уклону поверхности для большинства осушаемых участков, в которых не используются особенности строения участков различных типов (верховых-выпуклых, низинных-пойменных и т.д.). Кроме того, для получения достоверной информации о направлении плановой фильтрации необходимо выполнение большого объема предварительных полевых изысканий как мелкоконтурных болот (оврагов), так и возвышающихся участков между ними. Поэтому при создании осушительной системы целесообразно брать за основу не направление максимального коэффициента фильтрации, а направление фильтрационных расходов грунтовых вод.
Осуществить движение грунтовых вод по линии направления максимального коэффициента фильтрации возможно только при совпадении указанного направления и направления максимального фильтрационного расхода, т.е. создание искусственных уклонов, что требует увеличения объема земляных работ, эффективность осушения при этом невысока.
Наиболее близок к предлагаемому способ осушения торфяных болот при строительстве взлетно-посадочных полос аэродромов, включающий регулирование русла ручья в его вытекающей из болота нижней части и преграждение притока воды в болото с помощью устройства водовыпускной трубы, которую сопрягают между собой с помощью оголовков, на берегу минеральной части болота выкапывают несколько котлованов на глубину торфяной залежи, после чего в котлованы устанавливают насосы с выводом напорных линий через колодцы-гасители в нижнюю часть ручья, далее перекапывают перемычки и пускают воду из болота в котлованы, а затем включают насосы и откачивают ее в ручей, после того как поверхностные и частично грунтовые воды откачены и произошла осадка торфа, начинают копать открытую осушительную сеть, сопрягая ее через перемычки с котлованами и продолжая откачивать воду насосами, при этом от береговой линии торфяного болота начинают проводить выторфовку и замену торфа минеральным грунтом, одновременно устанавливания в наиболее глубоких местах на дне бывшего торфяника перфорированные колодцы, обмотанные предварительно геотекстилем, в которые помещают дренажные насосы, и откачивают грунтовые воды в нижнюю часть ручья, понижая, таким образом, грунтовые воды и создавая условия для окончательной замены торфа минеральным грунтом.
Недостатком известного способа является то, что для осушения болота выкапывают котлованы, устанавливают дренажные насосы, колодцы-гасители, затрачивают большой расход электроэнергии, принудительно затем откачивают воду в ручей и т.д.
Однако использование дренажных насосов в котлованах и далее строительство гасительных колодцев приводит к значительному увеличению капитальных, энергетических и эксплуатационных затрат ввиду значительной стоимости в целом. Таким образом, осушение болот распространяют постепенно вглубь торфяного болота и осаждают при этом торф, т.е. зависит от торфяного слоя в болоте, что не позволяет уменьшить объем земляных работ и затраты на осушение, тем самым увеличивает также и длительность осушения. Кроме того, недостатком является низкая эффективность осушения, и периодичность торфяных болот связана с принудительным удалением из него воды, поскольку не учитывается общий уклон поверхности осушаемого участка болота, а также не учитываются и не используются особенности строения осушаемых участков, расположенных между болотами различных типов (верховых-выпуклых, низинных-пойменных и т.д.). Кроме того, для получения достоверной информации о направлении плановой доступности фильтрации необходимо выполнение сложного и большого объема предварительных полевых изысканий на труднодоступном торфянике.
Технической задачей предлагаемого изобретения является сокращение затрат и интенсификация осушения участка с возвышенным микрорельефом и вблизи границы мелкоконтурных отдельно расположенных болот (балок).
Техническая задача решается предлагаемым способом осушения земель с близким залеганием грунтовых вод при строительстве взлетно-посадочных полос аэродромов, включающим регулирование русла ручья в его вытекающей из болота нижней части и преграждение потока воды в болото, отвод грунтовых вод в нижнюю часть ручья, понижая, таким образом, грунтовые воды, отвод воды осуществляют на первом этапе последовательно формированием открытых коллекторов путем выемки грунта и строительство укладки дороги вдоль коллектора в наиболее низких топографических отметках мелкоконтурного болота, пускают воду самотеком по уклону в ручей, на втором этапе формируют строительство осушительно-регулирующей закрытой дренажной сети с коллекторами на участке между болотами, используя его строение, при этом обернутые геотекстилем регулирующую закрытую сеть из полиэтиленовых труб, например, диаметром 63 мм, засыпают поверхность осушительной дренажной сети гранитным щебнем суммарной толщиной не менее 20 и не более 70 мм, профилируя и уплотняя поверхность указанного гранитного щебня дренажной системы, застилают всю поверхность гранитного щебня дренажной системы взлетно-посадочной полосы слоем геотекстиля, насыпают и уплотняют поверхность закрытой дренажной сети, при этом на втором этапе, учитывая уклон водоносного пласта полученных в результате данных изысканий, определяют фактическое направление подземных максимальных вод с уклоном в сторону поверхности осушаемого участка и проложенных вдоль краев открытых коллекторов (собирательных), соединенные с ручьем, причем задают уклоны закрытой дренируемой сети с коллекторами со стороны ската от центральной продольной оси возвышений рельефа осушаемого участка, при этом открытые коллекторы строят на глубину, превышающую более 2 м, превышающую нормативную глубину заложения закрытой дренажной сети дрен с коллекторами, а ручей в своей нижней части углубляют и строят перегораживающую насыпную дамбу близким к объему стоку мелкоконтурных болот и подземных вод взлетно-посадочной полосы аэродрома в виде пруда-накопителя с регулирующими сооружениями в составе данной взлетно-посадочной полосы, при этом понижая, таким образом, грунтовые воды, создают условия для снятия плодородного грунта и строительство взлетно-посадочной полосы аэродрома.
Кроме того, для наблюдения за уровнем грунтовых вод на взлетно-посадочной полосе аэродрома предусматривают по краям его участка створы наблюдательных скважин.
Сущность изобретения поясняется чертежом.
Фиг. 1 - схема осушения земель с близким залеганием грунтовых вод при строительстве взлетно-посадочных полос аэродромов заключается в следующем.
Осушение мелкоконтурных болот 1 и 2 (балок) до и после намечаемого возвышающегося участка взлетно-посадочной полосы 3 аэродрома, начинают с регулирования (отвода) воды, сначала выполняют подготовительный этап, который позволяет впоследствии осуществить предварительное осушение. Для этого выполняют открытые коллектор 4 со стороны пониженной части болот 1, который проходит с уклоном, и соединяют его со сбросом в ручей 5. Расстояние от болота 1 до открытого коллектора 4 выполняют сбросным осушительным каналом 6. Одновременно с открыты коллектором 4 болота 1 в плановом расположении вблизи границы мелкоконтурного болота 2 (выше его) прокладывают открытый коллектор 7 и также с уклоном соединяют с ручьем 5, как и болото 2 соединяют осушительным каналом 8 с ручьем в нижней его части.
Таким образом, намечаемый к освоению участок земли между мелкоконтурными болотами 1 и 2 имеют насыпные ограждения с дорогами 9 и 10, для которых используется выемка грунта из открытых коллекторов 4 и 7, из которых вода поступает в ручей 5, что позволяет накапливать (собирать) воду в своей нижней части ручья с углублением в виде перегораживающей насыпной дамбы 11 пруда-накопителя 12 с регулятором расхода воды 13 и со сбросным переливным автоматическим сбросом через колодец 14.
Осушение на первом этапе болот 1 и 2 продолжается непрерывно самотеком в ручей 5.
На втором этапе осушение на выделенном участке под взлетно-посадочную полосу аэродрома 3 между открытыми коллекторами 4 и 7 осуществляют следующим образом.
Сначала строят закрытый дренаж путем выемки грунта из каналов для дрен 15 и 16, и последовательно формируют закрытые коллектора 17 и 18, расположенные по обе стороны ската (участка - взлетно-посадочной 3 полосы), которые имеют уклон соответственно коллектор 17 в сторону ручья 5, а коллектор 18 в сторону открытого коллектора 7,что интенсифицирует отвод подземных дренажных вод и создает благоприятные условия для сбора воды регулирующими сетями, представляющими дренами 15 и 16 для стока, водоприемниками которых являются закрытые коллекторы 17 и 18. Уклоны в основании дренирующих слоев выполнены на два ската от центральной продольной оси «А» взлетно-посадочной полосы 3.
Естественный уклон поверхности земли совпадает со стеканием грунтовых вод, соответствующих максимальным фильтрационным расходов через дрены 15 и 16, поэтому каждый из закрытых коллекторов 17 и 18 захватывает максимальное количество грунтовых вод, т.е. работает с большей эффективностью, при этом количество коллекторов уменьшается, соответственно уменьшается и объем земляных работ.
Применение такой осушительной системы взлетно-посадочной полосы для аэродромов позволит отказаться от применения колодцев-гасителей и дренажных насосов, и дает возможность снизить энергетические и эксплуатационные затраты при отводе подземных дренажных вод.
Технология строительства дренажной системы данного участка 3 (взлетно-посадочных полос аэродромов) включает последовательное удаление плодородного слоя грунта, осушительной регулирующей дренажной сети, содержащих под острым углом дрен в сторону закрытого коллектора, последние соединяют с ручьем и с открытым коллектором. Закрытую дренажную сеть с дренами 15 и 16 выполняют из полиэтиленовых дренажных труб, например, диаметром 63 мм, укладывают в каналы (траншеи) с уклоном в сторону закрытых коллекторов 17 и 18, при этом предварительно дрены 15 и 16 обернуты геотекстилем в толще грунта дренирующих слоев подземных вод, причем вода беспрепятственно проходит через геотекстиль. Затем засыпают поверхность осушительной дренажной сети гранитным щебнем суммарной толщиной не менее 20 мм и не более 70 мм, профилируя и уплотняя поверхность указанного гранитного щебня дренажной системы. Вторым слоем геотекстиля застилают всю поверхность гранитного щебня, насыпают и уплотняют поверхность закрытой дренажной сети, причем учитывают уклон водоносного пласта полученных в результате данный изысканий и определяют фактическое направление подземных максимальных вод с уклоном в сторону поверхности ската осушаемого участка (взлетно-посадочной полосы) и проложенных вдоль краев открытых коллекторов (собирательных), соединенных с ручьем.
Открытые коллекторы строят на глубину, превышающую более 2 м, превышающими нормативную глубину заложения закрытой дренажной сети из дрен с коллекторами.
Для наблюдения за уровнем грунтовых вод на взлетно-посадочных полосах для аэродромов предусматривают по краям участка его створы наблюдательных скважин (не показано). После этого приступают к полному строительству взлетно-посадочных полос для аэродромов, используя специальную землеройную технику.
Пример конкретного выполнения
Рассмотрим пример конкретного выполнения, когда предлагаемый способ расположения мелкоконтурных болот расположен вблизи строящегося участка земли под взлетно-посадочную полосу для аэродрома в районе деревни Близнено Камешковского района Владимирской области, что  приводит к заболачиванию близлежащих участков земли. Метод осушения на участке - понижения уровня грунтовых вод и вод типа верховодья и организация отвода воды производится закрытым дренажом из пластмассовых труб диаметром 63 мм, обернутых геотекстилем с заполнением гранитным щебнем фракции не менее 20 мм и не более 70 мм дренирующих слоев дренажной системы. Площадь участка составляет не менее 300 га.
Расстояние между дренами может определяться по справочнику мелиорации и водного хозяйства / Под редакцией Б.С.Маслова, -М.: Агропромиздат, 1985 г., или расчет по Аверьянову.
В результате расчетов, а также с учетом эффективности работы междренные расстояния и модули стока в зависимости от мощности верхнего слоя почв на данном участке до глубины 1 м междренное расстояние колеблется от 10 до 24 м соответственно, модуль стока во всех случаях составил 1 л/с.
Коллекторно-дренажная сеть на площади 300 га проектируется пластмассовыми трубами,  обернутыми геотекстилем с засыпкой поверхности гранитным щебнем не менее 20 и не более 70 мм суммарной толщиной не менее 150 мм и не более 250 мм, и защищена от заиливания. Застилают всю поверхность гранитного щебня дренажной системы участка (взлетно-посадочной полосы) слоем геотекстиля, далее засыпают вынутым грунтом каналы. При таком устройстве взлетно-посадочной полосы для аэродромов долгие годы сохраняется работоспособность дренажной системы, обеспечивается надежный и быстрый отвод грунтовых вод и поверхностных вод, сохраняется прочное покрытие дренажной системы.
Для дренажной системы взлетно-посадочной полосы для аэродромов на первом этапе предварительно в пониженных участках на границе мелкоконтурных болот строят открытые коллекторы с допустимым уклоном в сторону оттока воды в ручей.
Крепление открытых коллекторов выполняется плитами, ширина по дну составит 1,0 м и откосы m=1:1,5. Железобетонные плиты укладываются на подготовку из щебня слоем 10 см. Ширина крепления принимается из условия пропуска 10% обеспеченности поступления воды. Выше плит откосы укрепляют засевом трав с подсыпкой растительного грунта толщиной 5 см.
В местах пересечения открытых коллекторов с проектируемыми дорогами предусматривают трубчатые переезды согласно СНиП П-50-74.
В местах накопления воды в нижней части ручья строят в полувыемке пруд-накопитель с насыпной перегораживающей дамбой, который рассчитывают на максимально возможное накопление воды. В случае потребности воды пруд-накопитель оснащают регулирующим устройством подачи воды, кроме того, предусматривают колодец с автоматическим катастрофическим сбросом излишков воды в ручей.
При строительстве открытых коллекторов необходимо обязательно соблюдать их уклон при соединении с ручьем, при этом учитывая выраженный микрорельеф всего участка под строительство взлетно-посадочной полосы для аэродромов.
Следует отметить, что по границам осваиваемого осушительного участка необходимо предусматривать режимные створы наблюдательных скважин, по которым пробы состояния грунтовых вод на данной территории осушения во время эксплуатации будут отбираться. Глубина залегания грунтовых вод на данном участке осушения колеблется от 0,5 до 5,0 м. Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков и за счет гидравлической связи расположением вокруг водами р. Клязьма, мелкоконтурных болот и ручья.
Таким образом, вышеизложенное свидетельствует о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
заявленное изобретение при его осуществлении предназначено для использования взлетно-посадочных полос аэродромов, а именно в строительстве, в частности в конструкции дренажной системы и наличия мелкоконтурных болот и протекающего ручья;
для заявленного изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов.
Заявленное изобретение при его осуществлении способно обеспечить достижение технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует «промышленная применимость».