background image

22.11.11 

Odwadnianie  obiektów  i  wykopów  

budowlanych  

  

dr  inż.  Patryk  Wójtowicz  

Drenaż  okólny  (obwodowy)  

•  Drenaż  okólny  (obwodowy)  stosowany  jest  zazwyczaj  

do  ochrony  przed  podtopieniem  pojedynczych  

budynków  –  szczególnie  podpiwniczonych  –  i  głęboko  

posadowionych  obiektów  przemysłowych  

•  Drenaż  okólny  zalecany  jest  na  obszarach  występowania  

wód  zaskórnych  i  płytkich  wód  gruntowych  o  małym  

spadku  zwierciadła  wody  

1  -­‐  trasa  drenu  dla  terenu  bez  

wsiąkania  opadów  
2  –  trasa  drenu  dla  terenu  z  

wsiąkaniem  opadów  

background image

22.11.11 

Drenaż  okólny  (obwodowy)  

•  Drenaż  okólny  może  być  stosowany  do  

odwodnienia  większych  kompleksów  zabudowy  

pod  warunkiem  zabezpieczenia  obszaru  przed  

infiltracją  wód  opadowych  i  nieszczelnymi  

sieciami  wod-­‐kan  (W  +  g)  

2  –  dodatkowe  drenu  w  przypadku  

wsiąkania  opadów  

Drenaż  okólny  (obwodowy)  

•  Drenaż  okólny  wykonywany  jest  w  postaci:  

–  poziomych  ciągów  drenarskich  układanych  poniżej  

stopy  fundamentów  chronionych  budowli  

–  pionowego  drenażu  w  postaci  szeregu  studni  

(wierconych  lub  wpłukiwanych),  usytuowanych  w  

odstępach  od  kilku  do  kilkudziesięciu  metrów  

(stosujemy  gdy  poziomy  jest  trudny  do  wykonania)  

–  mieszanego  (kombinowanego)  drenaż  pionowy  

(studnia)  odbiera  wodę  naporową  zalegającą  w  dolnej  

(dobrze  przepuszczalnej)  warstwie  wodonośnej  –  

drenaż  poziomy  stanowi  odbiornik  wody  odpływającej  

samowypływem  ze  studzien  

background image

22.11.11 

Drenaż  okólny  (obwodowy)  

•  Drenaż  okólny  musi  być  zabezpieczony  przed  

infiltracją  wody  i  ścieków  z  nieszczelnych  

przewodów  sieci  wodociągowej  i  kanalizacyjnej  

–  w  przeciwnym  wypadku  należy  zagęścić  sieć  

przewodów  drenarskich  (drenaż  

systematyczny?)  

Pionowy  drenaż  okólny  w  układzie  ssawnym  

1  –  studnia  odwadniająca  

2  –  kolektor  ssawny  
3  –  pompa  

background image

22.11.11 

Kombinowany  drenaż  ogólny  z  grawitacyjnym  

odpływem  wody  ze  studni  

1  –  studnia  

2  –  dren  poziomy  
3  –  słabo  przepuszczalna  warstwa  gruntu  

4  –  dobrze  przepuszczalna  warstwa  wodonośna  
5  –  odprowadzenie  wody  

Całkowite  odwodnienie  gruntu  pod  budynkiem  

za  pomocą  poziomego  drenażu  okólnego  

background image

22.11.11 

Zasady  obliczania  poziomego  drenażu  okólnego  

•  Podstawowym  założeniem  obliczeń  poziomego  

drenażu  okólnego  jest  założenie  modelu  

płaskiego  (2D)  –  wówczas  możliwe  jest  

stosowane  wzorów  służących  do  obliczeń  

drenażu  opaskowego  bądź  nabrzeżnego  

Drenaż  poziomy  okólny  zupełny  w  zbiorniku  

wody  gruntowej  –  zwierciadło  swobodne  

Hydrauliczne  obciążenie  jednostkowe  przy  dopływie  jednostronnym  

2

2

3

0

,

/

2

w

f

H

h

q k

m s m

R

=

2

3

,

/

2

w

f

H

q k

m s m

R

=

gdy  h

0

  =  0  (dren  zagłębiony  w  podłożu  nieprzepuszczalnym  lub  h

0

  <<  H

w

)

  

3

,

/

Q q L m s

= ⋅

background image

22.11.11 

Drenaż  poziomy  okólny  zupełny  w  zbiorniku  

wody  gruntowej  –  zwierciadło  swobodne  

Zasięg  wpływu  drenu  zupełnego  pracującego  w  zbiorniku  wód  gruntowych  

(

)

2

2

0

,

f

w

k

R

H

h

m

W

=

Rzędne  obniżonego  zwierciadła  wody  

(

)

2

2

2

0

0

,

x

w

x

h

h

H

h

m

R

=

+

gdy  h

0

  ≈  0  

,

x

w

x

h

H

m

R

=

x  –  odległość  punktu  w  którym  

obliczamy  rzędną  h

x

  od  osi  

drenu,  m  

Zasady  obliczania  pionowego  drenażu  okólnego  

•  Obliczenia  drenażu  okólnego  pionowego  

składającego  się  grupy  oddziałujących  studzien  

prowadzi  się  wg  następujących  kroków:  

–  zamiana  rzeczywistego  obrysu  na  zastępczy  o  

promieniu  (R

0

)  

–  obliczenia  dopływu  do  jednej  studni  (q)  
–  wydajność  drenażu  (Q)  
–  obniżenie  zwierciadła  wody  w  środku  ciężkości  (h

0

)  

background image

22.11.11 

Zasady  obliczania  pionowego  (dogłębionego)  

drenażu  okólnego  –  zwierciadło  swobodne  

0

(

)

,

4

a b

R

m

η

+

=

575

,

w

f

R

s

H k m

=

⋅ ⋅

0

,

g

R

R R m

=

+

2

0

0

ln

,

g

w

f

R

Q

h

H

m

k

R

π

=

3

0

1.36

(2

)

,

/

lg

f

w

g

k s

H

s

Q

m s

R

R

⋅ ⋅

=

0

,

F

R

m

π

=

(

)

(

)

2

0

1

2

ln

ln

...

,

w

g

n

f

q

h

H

n R

x x

x

m

k

π

=

⋅ ⋅

h

0  

wyliczyć  można  ze  wzoru  Forchheimera  

=

π

k

f

2H

w

− s

(

)

ln

R

2
g

⋅ ⋅ R

0

n−1

m

3

s

3

,

/

Q n q m s

= ⋅

dopływ  do  jednej  studni  

wydajność  drenażu  

Zasady  obliczania  pionowego  (dogłębionego)  

drenażu  okólnego  –  zwierciadło  napięte  

(

)

3

1

0

2

,

/

ln

f

n

g

n

k m s

q

m s

R

n r R

π

⋅ ⋅

=

⋅ ⋅

0

(

)

,

4

a b

R

m

η

+

=

3000

,

f

R

s k m

=

0

,

g

R

R R m

=

+

0

,

F

R

m

π

=

0

0

ln

,

2

g

w

f

R

n q

R

h

H

m

k m

π

⎛

⎞

⎜

⎟

⎝

⎠

=

(

)

0

1

2

ln

ln

...

,

2

w

g

n

f

q

h

H

n R

x x

x

m

k m

π

⎡

⎤

=

⋅ ⋅

⎣

⎦

h

0  

wyliczyć  można  ze  wzoru  Forchheimera  

3

,

/

Q n q m s

= ⋅

3

0

2.73

,

/

lg

f

g

k m s

Q

m s

R

R

⋅ ⋅

=

dopływ  do  jednej  studni  

wydajność  drenażu  

background image

22.11.11 

Drenaż  opaskowy  

•  Drenaż  opaskowy  

stosowany  jest:  

–  napływ  obcych  wód  

powierzchniowych  i  

podziemnych  

–  duże  spadki  terenu  (i  >  

0.03%)  

–  mała  infiltracja  opadów  oraz  

nieszczelności  (W+g)  

zasięg wpływu 
drenażu 

Drenaż  opaskowy  

•  Drenaż  opaskowy  stosuje  się  gdy:  

–  zachodzi  konieczność  obniżenia  poziomów  wód  

podziemnych  na  znacznym  obszarze  

–  należy  poprawić  zdrowotność  terenu  oraz  warunków  

posadowienia  fundamentów  

–  planuje  się  budowę  sieci  dróg  i  uzbrojenia  podziemnego  

•  Drenaż  opaskowy  w  porównaniu  z  

systematycznym  jest  tańszy  w  budowie  oraz  daje  

możliwość  lokalizacji  urządzeń  melioracyjnych  

poza  obrębem  zabudowy  

background image

22.11.11 

Drenaż  opaskowy  

•  Drenaż  opaskowy  wykonywany  jest  w  postaci  

galerii,  drenu  poziomego  lub  głębokiego  rowu  

czy  koryta,  rzadziej  w  postaci  rzędu  studzien  

(bariery)  lub  kombinacji  elementu  poziomego  z  

pionowym  

•  Drenaż  opaskowy  umieszcza  się  powyżej  

chronionego  obszaru  i  (w  miarę  możliwości)  

prostopadle  do  kierunku  przepływu  wód  

podziemnych  (dreny  odpowiednio  wydłuża  się  

aby  zabezpieczyć  cały  chroniony  obszar)  

Drenaż  opaskowy  poziomy  zupełny  

•  Drenaż  opaskowy  poziomy  zupełny  (dren  

ułożony  na  spągu  warstwy  wodonośnej)  jest  

najbardziej  skuteczny  –  ograniczeniem  jest  

niewielki  zakres  dopuszczalnych  miąższości  

background image

22.11.11 

10 

Obliczenia  drenażu  opaskowego  poziomego  

zupełnego  

•  Zakładając,  że  drenaż  opaskowy  poziomy  

zupełny  przyjmuje  w  całości  zasoby  

dynamiczne  wody  –  obliczenia  obciążenia  

hydraulicznego  drenu  polega  na  określeniu  tych  

zasobów  

H

w  

q

d  

Obliczenia  drenażu  opaskowego  poziomego  

zupełnego  

H

w  

q

d  

3

,

/

d

w

f

q

H k J m s mb

=

Obciążenie  jednostkowe  drenu  opaskowego,  J  –  lokalny  

spadek  zwierciadła  wody  gruntowej  

3

,

/

d

di

i

Q

q L m s

=

Całkowity  dopływ  do  drenu  (suma  dopływu  do  L

i

  –  

odcinka  (o  danym  k

  i  H

wi

)  

background image

22.11.11 

11 

Drenaż  opaskowy  pionowy  zawieszony    

•  Drenaż  opaskowy  zawieszony  przejmuje  tylko  część  

zasobów  dynamicznych  

•  Gdy  wydajność  drenu  opaskowego  (poziomego)  jest  

niewystarczająca  a  teren  charakteryzuje  się  znaczną  

miąższością  i  przepuszczalnością  warstwy  wodonośnej  

stosuje  się  barierę  ze  wzajemnie  współpracujących  

studzien  czerpalnych      

Drenaż  opaskowy  pionowy  zawieszony  

kombinowany  

•  Warunkiem  zastosowania  kombinowanego  

drenażu  poziomo-­‐pionowego  jest:  

–  odwadniana  warstwa  gruntu  charakteryzuje  się  małą  

przepuszczalnością  

–  odwadniania  warstwa  zalega  na  dobrze  przepuszczalnej  

warstwie  o  znacznej  miąższości  

background image

22.11.11 

12 

Obliczenia  drenażu  poziomego  zawieszonego  

(niezupełnego)  

•  Obliczenia  prowadzi  się  drogą  kolejnych  

przybliżeń  

–  określa  się  dopływ  do  drenu  q

d

  =  q  –  q

0  

–  rzędne  krzywej  depresji  h

x  

–  zakłada  się  zagłębienie  drenu  
–  określa  się  wymagane  obniżenie  zwierciadła  wód  

gruntowych  

Obliczenia  drenażu  poziomego  zawieszonego    

(i  =  0)  

Ilość  wody  przepływającej  poniżej  drenu  w  kierunku  

odbiornika    

(

)

2

2

0

3

0

0

,

/

2

f

d

k h

h

q

m s mb

l

=

i  =  0  

2

0

0

2

,

x

f

h

h

xq k m

=

+

Rzędne  obniżonego  zwierciadła  wody  

3

,

/

f

w

q k J H m s mb

=

⋅ ⋅

Dopływ  wód  gruntowych  

background image

22.11.11 

13 

Obliczenia  drenażu  poziomego  zawieszonego    

(i  >  0)  

Ilość  wody  przepływającej  poniżej  drenu  w  

kierunku  odbiornika    

(

)

(

)

0

0

0

3

0

0

,

/

2

f

d

d

k h

h

h

h

il

q

m s mb

l

+

+

=

i  >  0  

(

)

2

0

0

2

2

,

2

x

f

ix

h

h

ix

xq k m

=

+

+

Rzędne  obniżonego  zwierciadła  wody  

3

0

,

/

d

q

q q m s mb

= −

3

,

/

f

w

q k J H m s mb

=

⋅ ⋅

Obliczenia  drenażu  poziomego  zawieszonego    

(i  <  0)  

Ilość  wody  przepływającej  poniżej  drenu  w  

kierunku  odbiornika    

(

)

(

)

0

0

0

3

0

0

,

/

2

f

d

d

k h

h

h

h

il

q

m s mb

l

+

+

=

i  <  0  

(

)

2

0

0

2

2

,

2

x

f

ix

h

h

ix

xq k m

=

+

+

+

Rzędne  obniżonego  zwierciadła  wody  

3

0

,

/

d

q

q q m s mb

= −

3

,

/

f

w

q k J H m s mb

=

⋅ ⋅

background image

22.11.11 

14 

Drenaż  opaskowy  zawieszony  –  wpływ  infiltracji  

opadów  i  nieszczelności  sieci  podziemnych  (W+g)  

Rzędne  obniżonego  zwierciadła  wody  

po  uwzględnieniu  infiltracji  oraz  (W
+g)  

(

)

2

1

0

,

x

x

f

W g

h

h

x l

x m

k

+

=

+

h

Zastosowanie  drenażu  nadbrzeżnego  

•  Drenaż  nadbrzeżny  stosujemy  do  ochrony  

przed  wodami  infiltrującymi  ze  zbiorników  

wody  powierzchniowej  lub  gdy  wysoki  stan  

wody  w  odbiornikach  utrudniają  odpływ  

podziemny  (piętrzą  wody  podziemne)  

Podtopienie  terenu  przez  wysokie  

stany  wody  w  rzece  (NWW)  

(NWW) 

background image

22.11.11 

15 

Zastosowanie  drenażu  nadbrzeżnego  

Podtopienie  terenu  przez  niskie  

bądź  średnie  stany  wody  w  rzece  

Podtopienie  terenu  przez  niskie  

bądź  średnie  stany  wody  w  rzece  –  
drenaż  zespołowy  opaskowo-­‐

nadbrzeżny  

Zastosowanie  drenażu  nadbrzeżnego  

Drenaż  nadbrzeżny  podwójny  –  w  

międzyrzeczu  

Drenaż  nadbrzeżny  -­‐  przywałowy  

background image

22.11.11 

16 

Zasady  obliczeń  hydrogeologicznych  drenaży  

nadbrzeżnych  (poziomych  i  pionowych)  

•  Obliczenia  przy  projektowaniu  drenaży  nadbrzeżnych  

polegają  na:  

1.  określeniu  racjonalnego  położenia  ciągu  drenarskiego  bądź  

bariery  studzien  względem  obszaru  zasilania  (l

1

)  

2.  Ustaleniu  odpowiedniej  głębokości  ułożenia  drenu  bądź  

optymalnych  odstępów  studzien  i  depresji  (s,  s

p

,  a,  n)  

3.  Określeniu  obciążenia  jednostkowego  drenu  bądź  wydajności  

pojedynczej  studni  i  całkowitego  odpływu  (q,  Q

1

,  Q

c

)  

4.  Obliczeniu  i  wykreśleniu  krzywych  obniżonego  (dynamicznego)  

zwierciadła  wody  na  terenie  chronionym  (h

x

)  

5.  Uwzględnieniu  infiltracji  opadów  i  eksfiltracji  z  sieci  W+g  (h

x1

)  

6.  Uwzględnienie  zeskoku  hydraulicznego  Dh  bądź  Ds  

cykl

 it

era

cj

i o

bl

icze

ń 

Zasady  obliczeń  hydrogeologicznych  drenaży  

nadbrzeżnych  (poziomych  i  pionowych)  

•  Drenaż  nadbrzeżny  uznajemy  za  optymalny  gdy  

przy  założonym  (wymaganym)  obniżeniu  

zwierciadła  wody  na  terenie  chronionym  odpływ  z  

drenażu  będzie  najmniejszy.  Należy  więc  

minimalizować  łączną  długość  drenażu  i  głębokość  

jego  założenia  lub  wielkość  depresji  w  studniach  

•  Założenia  wyjściowe:  

–  Jednorodność  i  izotropowość  gruntu  
–  Poziomy  układ  warstwy  nieprzepuszczalnej  
–  Wpływ  infiltracji  opadów  W  i  eksfiltracji  g  uwzględnia  

się  dodatkowo  

background image

22.11.11 

17 

Obliczenia  poziomych  drenaży  nadbrzeżnych  w  

międzyrzeczu  –  zwierciadło  napięte  

3

1 2

0

,

/

ln

f

k s

q

m s mb

l l

m

r

l m

π

π

π

=

+

(

)

1

2

1

2

0

,

x

x

f

f

l

ql

q

h

H

B

H

H

m

k

l

mk

π

⎡

⎤

=

+

+

⎢

⎥

⎢

⎥

⎣

⎦

Jednostkowe  obciążenie  hydrauliczne  drenu  

Rzędne  krzywej  depresji  

(

)

0

ln 1

A

B

e

x x

A

m

π

=

= −

Obliczenia  poziomych  drenaży  nadbrzeżnych  w  

międzyrzeczu  –  zwierciadło  swobodne  

•  Ciąg  pojedynczy  drenów  poziomych  

1

2

3

q q

q

q

=

+

+

(

)

2

2

1

0

3

1

1

,

/

2

f

k

y

y

q

m s mb

l

=

(

)

2

2

2

0

2

1

2

f

k

y

y

q

l

=

(

)

0

3

1 2

0

ln

f

s

k H

h

q

l l

r

l

π

π

ω

π

ω

=

+

(

)

1

2

1

2

0

0

'

,

x

x

f

f

l

ql

q

h

H

B

H

H

m

k

l

k

π

ω

⎡

⎤

=

+

+

⎢

⎥

⎢

⎥

⎣

⎦

(

)

0

0

ln 1

A

B

e

x x

A

π

ω

ʹ′

ʹ′ =

ʹ′ = −

1

2

0

,

2

y

y

m

ω

ω

+

=

+

background image

22.11.11 

18 

Obliczenia  poziomych  drenaży  nadbrzeżnych  w  

międzyrzeczu  –  zwierciadło  swobodne  

•  Ciąg  podwójny  drenów  poziomych  

1

3

q

q

q

ʹ′ =

+

(

)

2

2

1

01

1

1

2

f

k

y

y

q

l

=

(

)

2

2

2

0

2

2

2

f

k

y

y

q

l

=

(

)

1

1

2

1

2

1

2

0

0

,

x

x

f

f

f

l

q l

q l

q

q

h

H

B

B

H

H

m

k

k

l

k

π

π

ω

⎡

⎤

ʹ′

ʹ′ʹ′

ʹ′

ʹ′ʹ′

+

=

+

+

+

⎢

⎥

⎢

⎥

⎣

⎦

(

)

1

01

1

1

0

ln 1

,

A

x x

B

e

A

w

π

=

= −

dren  I:  

dren  II:  

2

4

q

q

q

ʹ′ʹ′ =

+

H’ 

H’’ 

(

)

01

3

1 2

1

0

ln

f

k H

h

q

l l

r

l

π

π

ω

π

ω

ʹ′ −

=

+

(

)

02

3

1 2

2

0

ln

f

k H

h

q

l l

r

l

π

π

ω

π

ω

ʹ′ʹ′ −

=

ʹ′ ʹ′

+

Obliczenia  pionowych  drenaży  nadbrzeżnych  w  

międzyrzeczu  –  zwierciadło  swobodne  (pojedyncza  

bariera  studzien)    

(

)

3

1

1 2

0

2

,

/

2

ln

2

f

s

k s H

s

q

m s m

l l

a

r

al

π

π

π

=

+

(

)

2

2

2

1

2

1

2

0

2

'

,

x

x

f

f

l

ql

q

h

H

B

H

H

m

k

l

ak

π

⎡

⎤

=

+

+

⎢

⎥

⎢

⎥

⎣

⎦

(

)

0

ln 1

2

A

B

e

x x

A

a

π

ʹ′

ʹ′ =

ʹ′ = −

Obliczenie  zw.  wody  w  punkcie  A  pomiędzy  

studniami  

0

0

0.44

,

1.47 lg

2

2

A

l

a

a

t

G

l

aG

r

π

=

=

+