I.) Odwadnianie wykopów fundamentowych.

II.) Ochrona terenów zabudowanych przed podtopieniem.

Ad I.) Odwadnianie wykopów fundamentowych.

1.) Odwadnianie powierzchniowe.

2.) Odwadnianie wgłębne

Ad.1) stosujemy przy niezbyt wielkich wykopach chronionych ściankami szczelnymi lub ze skarpowanych; o niedużych głębokościach i niezbyt dużym dopływie wody. W takich przypadkach można stosować odwodnienie polegające na pompowaniu wody wprost z dna wykopu fundamentowego. Można to wykonać poprzez wykonanie tzw.

żąpia: w postaci filtru z rury perforowanej Ø0,2-0,3 m; z obsypką żwirową Ø2-5 mm o grubości ok. 5 cm, około 1 m poniżej projektowanego dna wykopu. Do żąpia zapuszcza się kosz ssawny pompy i pompuje zbierającą się w nim wodę.

wykonanie rowków odwadniających wzdłuż skarp wykopu schodzących się w studzience zbiorczej z której woda jest odpompowywana.

Ad 2.) Odwadnianie wykopów fundamentowych sposobem wgłębnym stosujemy przy większych wykopach, przede wszystkim przy dużym dopływie wody do dna wykopu, przy dużej miąższości warstwy wodonośnej i przy konieczności znacznego obniżenia zwierciadła wody gruntowej.

Odwodnienie tym sposobem możemy wykonać przy pomocy:

a.) Studni wierconych: odwodnienie to wykonujemy poprzez otoczenie wykopu fundamentowego pierścieniem studni wierconych najlepiej dogłębionych, rozmieszczonych w odległościach kilu ,kilkunastu, kilkudziesięciu metrów, zależnie od wodoprzepuszczalności gruntu (im większa tym rozstawa większa). Dopływ wody do studni jest dopływem grawitacyjnym k_f>10^-5 [m/s].

Obliczenie wielkości dopływu wody do pojedynczej studni.

(wzór Masketa - Forchheimera)

zasięg krzywej depresji, wzór Kusakina

a,b - odległości skrajne pomiędzy studniami

η- wartość odczytana z tablic dla b/a

H_w- miąższość warstwy wodonośnej

s- odległość od zwierciadła wody gruntowej do zwierciadła wody w studni

Wyznaczenie wielkości obniżenia zwierciadła wody gruntowej

w środku odwadnianego obszaru.

Wyznaczenie wielkości obniżenia zwierciadła wody gruntowej

w dowolnym punkcie odwadnianego obszaru.(wzór Farchhaimera)

x₁,x₂,x_n -odległości od punktu X do studni w m.

Obliczenie odcinka swobodnego wypływu.

F=2⋅π⋅r⋅L [m²] - powierzchnia czynna filtru

L- długość filtru

a - współczynnik przyjmowany w zależności od rodzaju filtra

Określenie maksymalnego dopuszczalnego wydatku pojedynczej studni.

b.) Igłofiltrów: Urządzenia igłofiltrowe nadają się do doraźnego (czasowego) odwodnienia wykopu fundamentowego o współczynniku filtracji w granicy10^-7-10^-3 [m/s]. Oraz o miąższości warstwy wodonośnej od 0,5 do kilkunastu metrów.

Działanie igłofiltrów w gruntach mniej przepuszczalnych polega na wytworzeniu próżni w nawodnionym gruncie. Dzięki temu igłofiltr zasysa wodę z gruntu, a równocześnie zapobiega jej wypływowi ze ścian wykopu gdyż na te ściany działa ciśnienie atmosferyczne. Dodatkowym efektem pracy igłofiltru jest zagęszczenie gruntu na skarpach wykopu i przez to ich stabilizacja, gdyż występująca różnica ciśnień dogęszcza i stabilizuje skarpę wykopu. Skuteczność wytwarzanego przez igłofiltr podciśnienia obejmuje przestrzeń o promieni 1-2 metrów wokół igłofiltru. Dlatego przy stosowaniu tej techniki igłofiltry rozmieszcza się blisko siebie w odległościach 0,8-1,6 m, możliwie blisko skarp wykopu. Najczęściej stosujemy gotowe zestawy igłofiltrów składające się zazwyczaj z 50-100 sztuk igłofiltrów podłączonych do przewodów zbiorczych wykonanych zazwyczaj z cieńkościennych rur stalowych Ø100-200 mm. Igłofiltry podłącza się do przewodów zbiorczych za pomocą specjalnych łączników wykonanych z rur i kształtek stalowych albo ze zbrojonych rur gumowych. Przewody zbiorcze podłącza się do odpowiednich pomp próżniowych i do pomp samozasysających ze zbiornikiem separacyjnym.

Możliwości działania igłofiltrów zależą od możliwości pompy próżniowej tj. od wysokości ssania pompy. Możliwe do uzyskania obniżenie poziomu zwierciadła wody w przeciętnych warunkach sięga rzędu 4-4,5 m, w najlepszym razie 5-5,5 m przy optymalnych warunkach. Jeżeli zachodzi konieczność większego obniżenia zwierciadła wody to wówczas stosujemy odwodnienie etapowe poprzez instalowanie dwóch zestawów igłofiltrów na różnych poziomach.

Wprowadzamy poprzez wwibrowywanie lub wpłukiwanie pod ciśnieniem 0,3-0,4 MPa.

W Polsce do głębokości 8 m, rura zewnętrzna 51 cm, igła 37 cm.

Wymogi: konstrukcja igłofiltru powinna zapewnić

możliwie szybkie pogrążanie w dowolnym rodzaju gruntu przy możliwie małym zużyciu wody na wpłukiwanie.

łatwy pobór wody z gruntu bez naruszania jego struktury.

możliwość szybkiego i łatwego wydobycia igłofiltru z gruntu celem jego ponownego użycia.

Obliczenie:

Ad II.) Ochrona terenów zabudowanych przed podtopieniem.

Zadaniem melioracji miejskich i przemysłowych jest regulacja stosunków wodnych w gruncie na terenach zabudowanych w dostosowaniu do wymogów sanitarnych i technicznych. Na terenach zabudowanych zwierciadło wody podziemnej powinno zalegać na takiej głębokości aby przy najwyższych jego stanach wznios kapilarny nie sięgał poziomu posadowienia budynków. W gruntach piaszczysto-żwirowych głębokość dopuszczalną zalegania zwierciadła wody gruntowej przyjmuje się 0,5 m (nieraz do 1m); w gruntach pylastych i gliniastych 0,8 m(1,5m).

Pod nawierzchniami dróg, ulic zwierciadło wody gruntowej powinno zalegać na takiej głębokości by maksymalny zasięg wzniosu kapilarnego zalegał nie płycej niż 0,6 m poniżej poziomu nawierzchni przy ruchu o średnim natężeniu i 1 metr poniżej poziomu nawierzchni przy ruchu o dużym natężeniu ciężkich pojazdów.

Na terenach niezabudowanych (parki, zieleńce, ogrody) głębokość zalegania zwierciadła wody gruntowej powinna być rzędu 1-1,5 metra poniżej powierzchni terenu.

Proces odprowadzania wody wolnej z gruntu w celu odwodnienia go, czyli obniżenia zwierciadła wody gruntowej nazywamy drenowaniem, a wszelkie urządzenia służące bezpośrednio temu celowi nazywamy drenażem. W zależności od warunków hydrogeologicznych, sposobu zasilania w wodę warstwy wodonośnej, wielkości potrzebnego obniżenia poziomu wód podziemnych stosowane bywają różne systemy i układy drenaży, a także różne urządzenia odprowadzające wodę z gruntu. W praktyce melioracyjnej wyodrębniamy trzy podstawowe systemy drenaży:

a.) poziomy

b.) pionowy

c.) mieszany.

Ad a.) Poziomy: tworzą elementy poziome odprowadzające wodę, czyli mogą to być rowy, koryta, sączki filtracyjne, rurki drenarskie itp.

Stosowany przede wszystkim wtedy gdy zwierciadło wody gruntowej zalega na niewielkiej głębokości. Warstwa wodonośna posiada małą miąższość, a wymagane obniżenie zwierciadła wody nie przekracza w normalnych warunkach rzędu 2-3 metry. Ograniczenie to wynika z ograniczenia głębokości na której możemy zakładać dreny poziome, gdyż układa się je w wykopach otwartych przy maksymalnej ich głębokości do 6 metrów.

Ad b.) Drenaż pionowy: wykonywany jest w postaci studni wierconych, igłofiltrów, otworów chłonnych i stosowany jest wszędzie tam gdzie zwierciadło wód gruntowych zalega na większej głębokości. Wymagane są znaczne obniżenia tego zwierciadła a warstwa wodonośna ma durzą miąższość. Drenaż pionowy może mieć zastosowanie również tam gdzie wykonanie drenaży poziomych jest niemożliwe ze względu na gęstą zabudowę.

Ad c.) Mieszany system drenowania: stosowany najczęściej tam gdzie warstwa nawodnionego gruntu o mniejszej miąższości zalega na dobrze przepuszczalnej i zasobnej w wodę dolnej warstwie wodonośnej. Wówczas dreny poziome ułożone w górnej warstwie i przejmujące z niej wodę stanowią równocześnie kolektory dla wody wypływającej samowypływem ze studni pionowych wykonanych w dolnej przepuszczalnej warstwie i zakończonych tuż powyżej dna drenów poziomych.

Zależnie od rozkładu urządzeń drenujących w stosunku do odwadnianych obiektów lub obszaru chronionego, albo od kierunku spływu wód gruntowych wyróżniamy drenaże:

1.) wewnętrzne

2.) zewnętrzne

2.1) obszarowe - systematyczne.

2.2) pierścieniowe - okólne

2.3) liniowe

brzegowe (nadbrzeżne, czołowe)

opaskowe (czołowe)

Drenaż systematyczny:

Składa się z mniej lub więcej równomiernie rozmieszczonych drenów poziomych lub studni pionowych (wierconych) odwadniających grunty położone w najbliższym sąsiedztwie. Działanie drenażu polega na: najpierw zczerpaniu pewnej części zasobów statycznych wód podziemnych, a następnie na przejmowaniu całej ilości wody wsiąkającej przez powierzchnię gruntu lub przenikającej do dolnych warstw wodonośnych (drenaż niezupełny).

Drenaż systematyczny poziomy stosuje się do wód zaskórnych, płytkich wód gruntowych lub wód zawieszonych tam gdzie jest wymagane niewielkie obniżenie poziomu wód gruntowych. Stosowany być może w terenach z pół luźną zabudową, parkach, zieleńcach itp.

Drenaż systematyczny pionowy stosuje się tam gdzie obszar chroniony nawadniany jest przez wody naporowe lub gdy warstwa wodonośna jest dużej miąższości i gdy wymagane jest znaczne obniżenie zwierciadła wód gruntowych. Taki drenaż składa się ze studni pionowych wierconych lub wpłukiwanych łączonych w grupy z których woda odprowadza jest przewodami lewarowymi lub ssawnymi. Gdy mamy dwa poziomy wód gruntowych przedzielone warstwą nieprzepuszczalną można stosować tzw. drenaż holenderski (przy pomocy studni lub sączków chłonnych). Studnie te lub sączki rozmieszcza się w małych odstępach co ok. 5 metrów. Przeprowadzają one wodę z górnego do dolnego poziomu wodonośnego.

Drenaż opaskowy:

Drenaż ten znajduje zastosowanie w sytuacjach gdy zawodnienie terenu spowodowane jest przez nadmierny napływ obcych wód podziemnych nie znajdujących na obszarze chronionym dobrych warunków odpływu podziemnego. Ten typ drenaży nadaje się szczególnie do ochrony terenów o dużych spadkach I>3 % i małej infiltracji wody na obszarze chronionym.

Znajdują tu zastosowanie przede wszystkim układy poziome w postaci drenu poziomego lub głębokiego rowu. W szczególnych przypadkach mogą to być drenaże pionowe w postaci bariery studni wierconych.

Bariera studni wierconych zmniejsza zasoby dynamiczne dolnej warstwy wodonośnej podwyższając równocześnie skuteczność działania drenu poziomego.

Drenaż opaskowy korzystnie jest stosować gdy zachodzi potrzeba obniżenia zwierciadła wód gruntowych na znacznym obszarze. W porównaniu z drenażem systematycznym jest mniej kosztowny ze względu na mniejszą długość ciągów drenarskich lub liczbę wykonanych studni wierconych.

Obliczanie drenażu opaskowego poziomego:

Drenaż zupełny: przejmuje w całości zasoby dynamiczne wód gruntowych dając całkowite osuszenie chronionego terenu.

I spadek zwierciadła wody gruntowej [

drenaż niezupełny:

!!! I=0

	- jednostkowy dopływ od strony zlewni;
	- jednostkowy odpływ do odbiornika

!!! I>0 (I≤0,05)

Drenaże poziome brzegowe:

Drenaż taki stosowany jest do ochrony obszarów miejskich lub przemysłowych przed podtopieniem wodą infiltrującą ze zbiorników wody powierzchniowej albo przez wody podziemne których odpływ został zatrzymany przez podwyższone stany wód w odbiorniku.

Drenaż brzegowy podobnie jak opaskowy można wykonać w postaci ciągu poziomego lub bariery studni założonych w poprzek napływającego strumienia wody podziemnej od strony cieku. Drenaż brzegowy ma za zadanie przejąć nie tylko wodę infiltrującą od strony zbiornika lub cieku powierzchniowego ale także wodę podziemną, dopływającą od strony wododziału i wsiąkającą z opadów atmosferycznych.

Jeżeli odwadniana warstwa ma małą przepuszczalność, a obszar chroniony ma mały spadek to zachodzi wówczas często konieczność budowy dwóch ciągów drenarskich przy czym jeden z nich ma charakter drenu opaskowego, a drugi drenu brzegowego.

Jeżeli obszar chroniony położony jest na zawalu a zwierciadło wody w zbiorniku lub cieku usytuowane jest powyżej powierzchni terenu to wówczas wskazane jest wykonanie drenu przywałowego u podnóża skarpy odpowietrznej.

Z uwagi na znaczne koszty inwestycyjne budowy drenaży brzegowych (na ogół wysokie koszty eksploatacyjne) projektowanie drenaży brzegowych należy prowadzić r rozwagą i ten typ drenaży stosować jedynie w przypadkach uzasadnionych ekonomiczne.

Zasady obliczania i projektowania drenaży brzegowych:

Obliczenia hydrogeologiczne mają na celu:

określenie optymalnego położenia ciągu drenarskiego lub bariery studni w stosunku do linii brzegowej chronionego obszaru.

ustalenie odpowiedniej głębokości założenia drenu lub optymalnej rozstawy studni i wytworzonej przez nie depresji

określenie jednostkowego obciążenia drenu lub pojedynczej studni i wyznaczenie sumarycznego odpływu z całego układu drenarski

określenie krzywych obniżonego zwierciadła wody na chronionym obszarze.

Obliczenia hydrauliczne:

obliczenie średnic, spadków i prędkości wody w ciągu drenarskim w odniesieniu do drenażu poziomego; pionowy obliczenie lewarów i pomp

Optymalne warunki ułożenia ciągu drenarskiego lub rozmieszczenia studni występują wówczas gdy przy założeniu obniżeń zwierciadła wody gruntowej odpływ z całego obszaru będzie najmniejszy.

Obliczenie drenażu brzegowego zupełnego:

Obliczenie drenażu brzegowego niezupełnego:

---