22.11.11

1

Odwadnianie  obiektów  i  wykopów  

budowlanych  

 

dr  inż.  Patryk  Wójtowicz  

Projektowanie  drenaży  powierzchni  -­‐  sączki  

•  Sączki  –  najstarszy  sposób  odwadniania  

terenów  (datowany  przed  wynalezieniem  rurek  

wypalanych  z  gliny)  

żwirowy

kamienny

z kiszek

faszynowych

żerdziowy

z chrustu

1 – darń
2 – grunt rodzimy
3 – darń ułożona odwrotnie

1.

0

m

22.11.11

2

Obliczenia  hydrauliczne  sączków  

•  W  sączkach  typu  żwirowego,  z  kiszek  

faszynowych  oraz  chrustu  zakłada  się  że  ruch  

wody  nie  podlega  prawu  Darcy  –  lecz  prawu  

Cezy-­‐Krasnopolskiego  filtracji  turbulentnej  

(fluacji)  gdzie  

 
•  k

fl

 -­‐  współczynnik  fluacji  wyznaczany  

eksperymentalnie  przez  próbne  pompowanie  

fl

v k

i

=

Obliczenia  hydrauliczne  sączków  

•  Prędkość  wyznaczamy  wg  wzoru:  

n  –  porowatość  wypełnienia  sączka  (0.35  ÷  0.45)  
S  =  20  –  14/d

m  

m  =  2  –  0.34/d

m

2

   

!

 –  kinematyczny  współczynnik  lepkości,  cm2/s  

d

m

 –  miarodajna  średnica  wypełnienia,  cm  (d

m

 =  d

śr

)  

i    -­‐  spadek  dna  sączka  (4  ‰  <  i

min

 <  5  ‰)  

(

)

(

)

2

3

0.01

, /

m

m

m

m

n S

d

i m s

υ

ν

−

−

=

22.11.11

3

Obliczenia  hydrauliczne  sączków  

•  Przepustowość  sączka:  

•  Projektowanie  polega  na  obliczeniu  wymiarów  sączka  

(F

s

)  przy  danych  np.:  

Q

s

 =  2.8·∙10

-­‐3

 m

3

/s  

i  =  4  ‰  

d

m

 =  3.2  cm  

n  =  0.35  

wówczas  

v  =  0.017  m/s  à  F

s

 =  0.465  m

2  

Przyjęto  wymiary  sączka:  szerokość  -­‐  1.0  m,  wysokość  0.5  

m    

3

,

/

s

s

Q

n F

m s

υ

= ⋅ ⋅

Q

s

Projektowanie  drenaży  powierzchni  –  rowy,  

rynny  i  bystrza  

•  Obliczenia  hydrauliczne  opierają  się  na  wzorach  dla  przepływu  

ze  swobodną  powierzchnią  

, /

h

C R J m s

υ

=

2/3 1/2

1

, /

h

R J

m s

n

υ

=

wzór Chezy

wzór Manninga

3

/ ,

,

/

h

R

F U m

Q F

m s

υ

=

=

⋅

Zadania  obliczeniowe:  

1.  Określanie  spadku  (J)  i  wypełnienia  (h)  przy  danych  Q,  F,  v  (obl.  iteracyjna)  

2.  Określanie  szerokości  dna  (b)  i  wypełnienia  (h)  przy  danych  Q,  F,  v  (obl.  

iteracyjna)  

3.  Określanie  strumienia  Q  przy  danych  J  i  F  

22.11.11

4

Sposoby  ubezpieczania  skarp  i  dna  rowów  

Nachylenie skarpy:
-  z ubezpieczeniem skarp: n = 1, 1.25, 1.5 i 2.0
-  przy braku zabezpieczenia skarp: n = 2.0, 2.5, 3.0

1 : n

humus 10 cm

darń 5÷10 cm

kołek ø2/25 cm

dno

Sposoby  ubezpieczania  skarp  i  dna  rowów  

Darniowanie  w  kratę  (oszczędne)  

obsiać trawą

Darniowanie  rębem  (naprawa  uszkodzeń)  

22.11.11

5

Sposoby  ubezpieczania  skarp  i  dna  rowów  

Kiszka  faszynowa  impregnowana  

Ubezpieczenie  podstawy  skarpy  płotkiem  z  

chrustu  

Ścianka  z  okrąglaków  (żerdzi)  

Sposoby  ubezpieczeń  rynien  

Rynna    ze  ścianką  zakładaną  

z  rozparciem  ramowym  

1  –  Okrąglaki  ø15  cm  

2  –  Półokrąglaki  

3  –  Mech  lub  obsypka  

4  –  Bruk  

Rynna    ze  ścianką  

zakładaną  za  palisadę  

5  –  Palisada  ø15  cm  
6  –  Oczep  
7  –  Darń  

Rynna    ze  ścianką  żaluzjową  

(grunty  kurzawkowe)  

22.11.11

6

Sposoby  ubezpieczeń  rynien  

Rozparcie  ramowe  żelbetowe  
z  brusami  żelbetowymi  

Ubezpieczenia  bystrzy  (bystrotoków)  

Bystrze  betonowe  (spadki  dna  od  2  %  do  10  %)  

22.11.11

7

Ubezpieczenia  bystrzy  (bystrotoków)  

Bystrze  brukowane  

 

1  –  bruk  
2  –  żwir  lub  mech  

3  –  palisada  
4  –  gruz  lub  tłuczeń  

5  –  darnina  rębem  lub  kożuchowo  

Zasady  projektowania  obsypek  drenarskich  

•  Ukształtowanie  obsypki  zależy  od:  

–  przepuszczalności  i  uziarnienia  gruntu  
–  typu  zastosowanego  drenażu  
–  wymiarów  i  rozmieszczenia  otworów  chłonnych  

drenów  

•  W  gruntach  jednorodnych  można  stosować  

obsypki  oszczędne  (przerywane)  

•  W  gruntach  niejednorodnych  obsypka  może  w  

skrajnych  przypadkach  nawet  stanowić  

wypełnienie  wykopu    

22.11.11

8

Obsypka  przerywana  (oszczędna)  drenów  z  PCV  

lub  PEHD  

1  –  dren  
2  –  obsypka  filtracyjna  
3  –  grunt  rodzimy  

Dwustronny  dopływ  do  drenu  

•  Przy  dwustronnym  dopływie  do  drenu  (drenaż  

systematyczny  i  nabrzeżny)  obsypka  jest  formowana  w  

osi  wykopu  i  przewodu  drenarskiego  –  może    być  ciągła  

bądź  przerywana  

•  Obsypka  jednowarstwowa  ma  zazwyczaj  10  ÷  20  cm  

grubości  

•  Obsypka  wielowarstwowa  składa  się  z  2  lub  3  warstw  o  

grubości  10  ÷  15  cm  i  uziarnieniu  zwiększającym  się  w  

miarę  oddalania  się  od  drenu  

•  W  gruntach  o  małej  przepuszczalności  wykonuje  się  

podwyższoną  obsypkę  (ściana  lub  komin  filtracyjny)    

•  Ściany  filtracyjne  mają  wysokość  od  1/3  do  całkowitej  

wysokości  zwierciadła  wód  gruntowych  nad  drenem  

22.11.11

9

Obsypki  drenów  z  obustronnym  dopływem  

wody  

1  –  dren  

2  –  obsypka  filtracyjna  

grunty  dobrze  

przepuszczalne  

jednorodne  

grunty  niejednorodne  

dobrze  

przepuszczalne  

grunty  niejednorodne  o  

małym  współczynniku  

filtracji  warstw  

darń

komin
filtracyjny

Jednostronny  dopływ  do  drenu  

•  Jednostronny  dopływ  do  drenu  występuje  w  

przypadku  zastosowania  drenażu  opaskowy,  

nadbrzeżnego  lub  czasami  okólnego  

•  W  drenażach  o  jednostronnym  dopływie  ścianę  

filtracyjną  formuje  się  od  strony  napływu  wody  

•  Charakterystyczne  dla  tego  typu  drenów  jest  

zastosowanie  ekranów  (przegród)  

wodoszczelnych  (np.  z  glinobetonu)  

22.11.11

10

Obsypki  drenów  z  jednostronnym  dopływem  

wody  

ekran
wodoszczelny

ekran
wodoszczelny

ekran
wodoszczelny

Dobór  materiału  obsypki  drenaży  poziomych  

•  Materiał  na  obsypkę  drenarską  powinien:  

–  być  jak  najbardziej  porowaty  i  odporny  na  zagęszczanie  pod  

wpływem  obciążenia  

–  charakteryzować  się  przepuszczalnością  co  najmniej  

kilkukrotnie  przekraczać  przepuszczalność  gruntu  

•  Współczynnik  filtracji  obsypek  powinien  osiągać  

wartości  wyższe  od  0.1·∙10

-­‐3

 m/s  (9  m/d)  –  wyjątkowo  k

f

 

<  0.05·∙10

-­‐3

 m/s    

•  Jednorodny  materiał  obsypki  (mierzone  wartością  

wskaźnika  nierównomierności  U  im  mniejszy  tym  lepszy)  

zabezpiecza  przed  kolmatacją  i  jednocześnie  zapewnia  

dużą  porowatość  i  przepuszczalność    

22.11.11

11

Dobór  materiału  obsypki  drenaży  poziomych  

•  Grunty  drobnoziarniste  wymuszają  stosowanie  

kilku  warstw  obsypki  o  różnym  uziarnieniu    

•  Zewnętrzna  warstwa  wykonana  z  

najdrobniejszego  materiału  a  warstwa  

przylegająca  do  drenu  z  najgrubszego  

•  Wartości  zalecane:  
S  =  D

50

/d

50(gr)

 ≤  10  (5)  (S  -­‐  współczynnik  strukturalny)  

U  =  D

60

/D

10

 ≤  5  

D

15

/d

85

 <  4  –  stabilizacja  gruntu  

D

15

/d

15

 >  4  –  dobra  przepuszczalność  

Dobór  obsypki  drenaży  poziomych  

•  W  gruntach  piaszczystych  o  uziarnieniu  d

50

 >  

0.2  mm  zaleca  się  obsypkę  jednowarstwową  

•  W  gruntach  drobnoziarnistych  o  d

50

 między  0.2  

mm  a  0.05  mm  stosuje  się  dwie  warstwy  

22.11.11

12

Dobór  obsypki  drenaży  pionowych  (filtry  

żwirowe  i  okładzinowe)  

•  Liczba  warstw  obsypki  nie  większa  od  dwóch  

•  Współczynnik  strukturalny  S  od  5  do  10  (S  =  D

I

50

/d

50

 –  

zewnętrzna  obsypka  D

I

50

 do  gruntu  d

50

 )  –  wartości  mniejsze  

odnoszą  się  do  obsypek  formowanych  na  miejscu  a  większe  

do  prefabrykowanych  

•  Współczynnik  nierównomierności  U  =  D

60

/D

10

 powinien  być  

mniejszy  od  5  

•  Grubość  jednej  warstwy  filtru  prefabrykowanego  nie  

powinna  być  mniejsza  niż  3  ÷  4  cm  a  filtru  obsypek  

wykonywanych  in  situ  5  ÷  10  cm  (im  głębsza  studnia  tym  

grubsza  obsypka)  

•  Zawartość  ziaren  o  średnicy  mniejszej  od  0.1  mm  nie  

powinna  przekraczać  5%  ciężaru  

•  S

0

 –  D

II

50

/D

I

50

 powinien  mieścić  się  w  granicach  od  4  do  6  

Włókniny  filtracyjne  (geowłókniny)  

•  Włókniny  filtracyjne  (geowłókniny)  chronią  

grunt  przed  szkodliwymi  zmianami  jego  

struktury  wywołanymi  filtracją  wody  przy  

jednoczesnym  nie  utrudnianiu  odpływu  wody  z  

obszaru  odwadnianego  

22.11.11

13

Geowłókniny  -­‐  cechy  

•  Geowłóknina  zastępuję  naturalny  materiał  filtracyjny  musi  mieć  

następujące  cechy:  

–  dobra  wodoprzepuszczalność  

–  zdolność  do  przepuszczania  dopuszczalnej  liczby  cząstek  gruntu  

chronionego  o  najdrobniejszym  uziarnieniu  

–  odporność  na  kolmatację  mechaniczną,  biologiczną  i  chemiczną  

–  odporność  na  działanie  mikroorganizmów,  pleśni  i  grzybów  

–  nietoksyczność  

–  duża  wytrzymałość  na  rozerwanie  

–  duża  trwałość  w  tym  odporność  na  działanie  czynników  

atmosferycznych  

•  Współczynnik  filtracji  od  1.0·∙10

-­‐3

 do  1.0·∙10

-­‐3

 m/s  (80  ÷  250  m/d)  

•  Wodoprzepuszczalność  włókniny  jest  proporcjonalna  do  wysokości  

ciśnienia  wody    

Zastosowanie  geowłóknin  

•  Włókniny  prasowane  stosowane  są  głównie  do  

zabezpieczania  ścian  wykopów  drenarskich  

przed  przenikaniem  wraz  z  wodą  drobnych  

cząstek  gruntu  do  sączków  lub  drenów  

rurkowych  

•  Włókniny  dziane  stosowane  są  do  ochrony  rur  

drenarskich,  drenowania  skarp,  torowisk  

kolejowych  

22.11.11

14

Zasady  doboru  włóknin  filtracyjnych  

•  Minimalna  wodoprzepuszczalność  włókniny  

zakolmatowanej  k

zmin

 powinna  być  co  najmniej  

3.5  krotnie  większa  od  wodoprzepuszczalności  

k

f

 gruntu  

•  Wytrzymałość  na  rozerwanie  włókniny  użytej  

do  ochrony  drenaży  rurowych  powinna  wynosić  

co  najmniej  150  N  

Zasady  doboru  włóknin  filtracyjnych  

•  Włóknina  musi  być  tak  dobrana  aby:  

–  nie  dochodziło  do  kolmatacji  włókniny  cząstkami  

sufozyjnymi  o  średnicy  gruntu  rodzimego  

–  wytworzyły  się  nad  porami  włókniny  odpowiednio  

wytrzymałe  sklepienia  z  klinujących  się  wzajemnie  

ziarn  gruntu  –  zabezpieczenie  przed  wynoszeniem  

cząstek  gruntu  

•  Grunt  nie  podlega  sufozji  gdy  przepływająca  

woda  może  wypłukać  do  3%    frakcji  

najdrobniejszych  

22.11.11

15

Wodochłonność  drenów  

•  Zdolność  drenu  do  pochłaniania  wypływającej  

wody  powinna  znacznie  przekraczać  

maksymalny  jednostkowy  dopływ  tej  wody  

•  Chłonność  drenu  q  zależy  od  zewnętrznej  

powierzchni  zwilżonej  drenu  (wraz  z  obsypką)  i  

maksymalne  prędkości  wypływu  wody  z  gruntu:  

   

 q  =  (2h  +  b)  l  v

max

 ,  m

3

/s·∙m  

 

max

1

30 45

f

v

k

=

÷