Смотровой дренажный колодец для пучинистых почвогрунтов

1. Область техники
Полезная модель относится к области сельского хозяйства - комплексной мелиорации агроландшафтов, и может быть применена как при осушении земель сельскохозяйственного назначения закрытым дренажом, так и при эксплуатации построенных дренажных систем, их ремонте и реконструкции. Не исключается и возможность ее использования при осушении закрытым дренажем территорий сельских и городских поселений.
2. Уровень техники
Известен типовой проект конструкций смотровых дренажных круглых колодцев (Серия 3.820-9, выпуск 5. Конструкции круглых колодцев; аналог), включающих цилиндрический корпус из железобетонных стеновых колец одного диаметра, при этом корпус состоит из кольца с днищем, n-ого количества проходных колец и кольца с крышкой. Стеновые кольца имеют диаметр 100, 150 и 200 см, высоту - 59, 89 и 119 см, толщину стенки Δ, равную 6…8 см. Внутренняя грань торца колец имеет скос высотой а=25 мм, соответствующий удалению от торца арматуры. Фрагмент стыковки колец приведен на фиг. 2. При этом в зависимости от технологии производства скос допускается изменять и в обратную сторону. При данной конструкции торца колец точная фиксация колец относительно друг друга зачастую затруднена. Это же характерно и для обеспечения герметичности стыков колец, монтаж которых требует значительных затрат времени.
Известен смотровой дренажный колодец, включающий цилиндрический корпус из железобетонных стеновых колец одного диаметра, при этом корпус состоит из кольца с днищем, n-ого количества проходных колец и кольца с крышкой (Мелиорация и водное хозяйство. Осушение: Справочник / Коллектив авторов; Сост. Е.И. Кормыш / Под ред. Б.С. Маслова. - М.: Ассоциация «Экост», 2001. - С. 366…368, прототип).
Фрагмент стыковки по прототипу торцов двух смежных колец приведен на фиг. 3. При этом верхнее кольцо, как и на фиг. 2, при монтаже установлено на цементный раствор. При данной конструкции колец точная фиксация колец относительно друг друга также зачастую затруднена. Это же характерно и для обеспечения герметичности стыков колец, монтаж которых требует значительных затрат времени.
Осушаемые на практике минеральные почвогрунты, как правило, в основном связные, их относят к пучинистым. Устойчивость колодца под действием сил морозного пучения почвогрунта при его промерзании нуждается в дополнительном рассмотрении.
Опыт многолетней эксплуатации рассматриваемых тонкостенных конструкций дренажного смотрового колодца как со «скосом» (см. фиг. 2), так и с горизонтальной поверхностью по торцам (см. фиг. 3) показал, что недостатком является невысокая эффективность работы колодца в пучинистых почвогрунтах: наблюдается при морозном пучении отрыв верхнего кольца колодца от нижнего (под ним установленного), имеет место и его перекос и даже смещение в горизонтальной плоскости. При этом более значительные разрушения наблюдаются при устройстве колодца из кирпича. Устойчивость колодца под действием касательных сил морозного пучения почвогрунта, прилегающего к его боковой поверхности, не обеспечивается. При этом в наиболее неустойчивом положении находится верхнее кольцо, отдельные элементы колодца (как кольца, так и трубы закрытых коллекторов) накапливают остаточные перемещения, вызываемые силами морозного пучения почвогрунта, по-разному, что недопустимо. В результате отмеченного выше имеем последующее интенсивное поступление почвогрунта в колодец. При этом, как правило, появляется угроза нарушения и нормальной работы дренажа.
В водоснабжении и канализации известно предложение, направленное на выполнение более точной фиксации торцов смежных колец и улучшение герметизации их стыков при монтаже смотрового колодца (Свидетельство на полезную модель RU 10192 U1, 1998 г.; аналог). Стыковку торцов железобетонных колец, имеющих цилиндрическую форму, осуществляют посредством пазов, выполняемых на верхнем и - нижнем торцах кольца (фиг. 4). Каждый паз имеет форму трапеции. Известно также, что по вполне объяснимой причине в водоснабжении и канализации применяют, как правило, кольца с большей толщиной стенки (по Гост 8020-90 толщина стенки стенового кольца Δ>14…16 см, при этом торец горизонтальный, см. фиг. 3). В осушении же земель находят применение более легкие кольца с толщиной стенки Δ=6…8 см (см. выше), т.е. тонкостенные. Это обусловлено как меньшей глубиной колодцев, так и рассредоточением объектов осушения и, естественно, колодцев по территории Нечерноземной зоны, но главная причина - экономическая эффективность. Недостаток: в кольцах с тонкой стенкой паз в форме трапеции выполнить сложно, все в конечном итоге сводится к соединению в форме «скоса».
3. Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлена данная полезная модель, заключается в повышении надежности конструкции колодца из тонкостенных колец для пучинистых почвогрунтов за счет повышения, в первую очередь, устойчивости колодца против касательных сил морозного пучения почвогрунта, а также выполнения более точной фиксации смежных колец и улучшения герметизации их стыков.
Технический результат заключается в повышении качества работ по монтажу колодца из тонкостенных колец при одновременном снижении затрат времени и труда, в увеличении срока службы колодца без ремонта в пучинистых почвогрунтах при одновременном снижении затрат как на его строительство, так и на эксплуатацию, а также в повышении надежности, долговечности и эффективности действия закрытого дренажа.
Решение поставленной перед данной полезной моделью задачи достигается тем, что смотровой дренажный колодец для пучинистых почвогрунтов включает цилиндрический корпус из железобетонных стеновых тонких колец одного диаметра и входящие и выходящую трубы закрытых коллекторов. При этом корпус состоит из кольца с днищем, n-го количества проходных колец и верхнего кольца с крышкой. Каждый торец каждой пары смежных колец снабжен пазом, выполненным в форме прямоугольника шириной, равной половине толщины стенки кольца, увеличенной, по крайней мере, на 0,5 см. Причем один из пазов является внешним, а другой внутренним, и может быть направлен как во внешнюю, так и во внутреннюю сторону, а образующийся в торце смежных колец зазор заполнен материалом для герметичного соединения двух поверхностей, например, цементным раствором. При этом каждая пара смежных колец дополнительно соединена, по крайней мере, тремя пластинами-стяжками, равномерно распределенными и закрепленными своими концами на наружной поверхности каждого из соединяемых смежных колец посредством анкерных пластиковых болтов.
4. Осуществление полезной модели
Полезная модель иллюстрируется чертежами.
На фиг. 1 изображен смотровой дренажный колодец для пучинистых почвогрунтов, общий вид; на фиг. 2 приведен фрагмент стыковки двух смежных колец по «скосу»; на фиг. 3 - то же, по прототипу и ГОСТу; на фиг. 4 - то же, в форме трапеции; на фиг. 5 - фрагмент стыковки двух смежных колец прямоугольным пазом в торце каждой их пары; на фиг. 6 - вид А на фиг. 5.
Смотровой дренажный колодец для пучинистых почвогрунтов включает цилиндрический корпус 1 из железобетонных стеновых тонких колец одного диаметра, входящие 2 и выходящую 3 трубы закрытых коллекторов. При этом корпус 1 состоит из кольца 4 с днищем, n-го количества проходных колец 5 и верхнего кольца 6 с крышкой 7. Каждый торец 8 каждой пары смежных колец снабжен пазом 9, выполненным в форме прямоугольника шириной, равной половине толщины Δ стенки кольца, увеличенной, по крайней мере, на 0,5 см:  см. Причем один из пазов 9 является внешним, а другой внутренним и может быть направлен как во внешнюю, так и во внутреннюю сторону. Образующийся в торце 8 смежных колец зазор 10 заполнен материалом 11 для герметичного соединения двух поверхностей, например, цементным раствором. Каждая пара смежных колец дополнительно соединена, по крайней мере, тремя пластинами-стяжками 12, равномерно распределенными и закрепленными своими концами на наружной поверхности каждого из соединяемых смежных колец посредством анкерных пластиковых болтов 13.
Морозным пучением называют увеличение объема почвогрунта при его промерзании в результате перехода воды в лед и миграции влаги к фронту промерзания. Изменение объема почвогрунта обнаруживается в природных условиях в поднятии дневной поверхности в процессе сезонного промерзания и опускания ее при оттаивании. В результате этих объемных изменений происходят объемные деформации. Это наносит повреждения сооружениям.
Почвогрунт пучинистый - это дисперсный почвогрунт, который при переходе из талого в мерзлое состояние увеличивается в объеме вследствие образования кристаллов льда. Применительно к смотровым колодцам пучинистый почвогрунт при промерзании усиливает давление на стенку колодца. При поднятии мерзлого почвогрунта под воздействием касательных сил морозного пучения нередко поднимаются и верхние кольца колодца, находящиеся в зоне промерзания почвогрунта. К боковой поверхности колец зачастую примерзает окружающий ее почвогрунт. При этом имеет место как перекос колец, так и их смещение в горизонтальной плоскости, что обусловлено неравномерностью распределения касательных сил морозного пучения почвогрунта по боковой поверхности колодца. Вспучивание почвогрунта происходит неравномерно. Неравномерные глубина промерзания и пучение почвогрунтов - главная причина коварства пучинистых почвогрунтов. В результате полнота соединения между верхним и следующим кольцом нарушается, в образовавшуюся щель почвогрунт поступает в колодец, создавая условия для заиления отстойника колодца и в последующем - закрытого коллектора и впадающих в него дренажных линий.
В предлагаемой полезной модели рассмотрена усовершенствованная конструкция смотрового дренажного колодца, включающая меры повышению надежности колодца, позволяющая предотвратить смещение верхней части корпуса смотрового дренажного колодца, находящейся в зоне глубины промерзания, под действием сил морозного пучения в пучинистых почвогрунтах, в первую очередь в местах устройства колодцев, где в зимний период практически отсутствует по разным причинам снежный покров (сдувание снега ветром, очистка площади от снега и др.), предохраняющий почвогрунт от глубокого его промерзания. При этом отдельные элементы колодца (кольца и трубы закрытых коллекторов) не накапливают остаточных перемещений, вызываемых силами морозного пучения почвогрунта. Это достигается за счет применения пластин-стяжек на болтах, обеспечивающих работу колодца под действием сил морозного пучения почвогрунта как единого целого.
Полезная модель промышленно осуществима. Примененное в данной конструкции кольцо от кольца прототипа отличается тем, что каждый торец смежных колец снабжен пазом в форме прямоугольника с толщиной его стенки, равной половине толщины стенки кольца, сниженной по крайней мере на 0,5 см. Причем один из пазов является внешним, а другой внутренним, и он может быть направлен как во внешнюю, так и во внутреннюю сторону стенки кольца. Это позволяет качественнее монтировать ствол колодца: выступающая часть встает в паз, образующийся зазор герметизируется с помощью цементного раствора или других современных материалов. Пластина-стяжка и пластиковые анкерные болты позволяют жестко соединить кольца между собой.
Заявленная конструкция работает следующим образом: применение паза в торце в форме прямоугольника, пластины-стяжки и анкерных пластиковых болтов позволяет повысить значение силы, удерживающей кольца и колодец в целом от выпучивания. Достигается это как за счет повышения силы трения боковой поверхности колодца о талый почвогрунт, расположенный ниже глубины его промерзания в месте устройства колодца, так и за счет увеличения общей массы колец колодца, подвергаемых выпучиванию. Это позволяет снизить воздействие силы выпучивания в зоне промерзания на кольца и колодец в целом. В результате повышена устойчивость колодца под действием касательных сил морозного пучения почвогрунта как единого целого.
5. Технический результат
Предложенная усовершенствованная конструкция смотрового дренажного колодца для пучинистых почвогрунтов обеспечивает решение поставленной задачи и ожидаемый технический результат.