Drenaż w budownictwie

Często w praktyce inżynierskiej spotykam się z niepoprawnym stosowaniem czy tego rodzaju wykonaniem drenażu. Przez wielu drenaż jest przeceniany, przez innych niedoceniany, ale jest to sposób na odwodnienie gruntu czy budynku, jest to również metoda odwodnienia wykopu na czas wykonywania fundamentów, murów i izolacji, jest to wreszcie sposób na ochronę budynku przed podtapianiem. Czy drenaż spełni nasze oczekiwania, zależeć będzie od jego poprawnego zaprojektowania, a później wykonania.

Szkody wyrządzane przez wody polegają nie tylko na tym, że zalewają one pomieszczenia podziemne, utrudniają ich użytkowanie; mogą być też przyczyną zmniejszenia wytrzymałości gruntu oraz powodować przemieszczanie się wilgoci pod wpływem temperatury. Woda gruntowa może być przyczyną powstania soczewek lodowych, wysadzin czy innych negatywnych zjawisk, utrudniających prowadzenie robót budowlanych i późniejszą eksploatację budynku.
Wykonanie dokumentacji drenażu wymaga znajomości szeregu zagadnień naukowo-technicznych z zakresu inżynierii wodnej; dlatego też projektowanie drenowania uważane jest za specjalizację, co jest słuszne w wyjątkowych wypadkach odwodnienia. Na ogół odwodnienie może być projektowane przez inżynierów budowlanych w ramach dokumentacji technicznej zabezpieczenia budynku od wody gruntowej.
Dobrze wykonany drenaż wpływa na zmniejszenie kosztów robót fundamentowych i izolacyjnych.

Fundamenty - Drenaż w budownictwie
Rys. 1. Schemat drenowania opaskowego.
a) Plan sytuacyjny,
b) Schemat obniżenia wód.

Tereny podtopione to grunty, w których woda okresowo lub stale występuje na poziomie wyższym od poziomu posadowienia. W takich przypadkach poprawnie zastosowany drenaż może poziom wód obniżyć.
Grunty budowlane dzielimy na przepuszczalne i nieprzepuszczalne. Te pierwsze to żwiry i piaski; te drugie go gliny i iły. Piaski pylaste, pyły, piaski gliniaste i gliny piaszczyste tworzą grupę pośrednią.
Przepuszczalność gruntu to zdolność gruntu do przepuszczania wody; zależy ona od wielkości porów gruntowych, stopnia spękania itp. Zawartość w gruncie ilastym części koloidalnych zmniejsza przepuszczalność określaną współczynnikiem filtracji k. Określa on szybkość filtracji wody przez grunt przy spadku hydraulicznym J = 1, określany jest w m/dobę; m/s i cm/s. Grunty, których k jest mniejsze od 0,1 m/dobę, uważane są za nieprzepuszczalne.
Następną ważną właściwością gruntu jest jego zdolność do utrzymywania wody we wszystkich postaciach. Związane jest to z pełną wodną pojemnością gruntów. Przez pełną pojemność wodną gruntu rozumieć należy największą ilość wilgoci, którą zawierać może grunt, gdy jego pory całkowicie wypełnione są wodą. Wyraża się ją w procentach masy gruntu wysuszonego w temperaturze 105°C.

Dookoła cząstki gruntowej, zwłaszcza cząstki iłowej, powstaje szereg warstw wody o różnych właściwościach. Najbliżej powierzchni znajduje się woda higroskopowa, silnie z nią połączona, tworząc zewnętrzną warstwę cząsteczek. Następna warstwa, to woda błonkowata utwierdzona, pod względem właściwości zbliżona do wody higroskopowej, nieruchoma.

Kolejna warstwa wody na cząstce gruntu to woda błonkowata luźna. Posiada ona największe praktyczne znaczenie dla glin (płynność gruntu, tiksotropia itp.) Iły z dużą zawartością tej wody w stanie naruszonym wykazują cechy plastyczności. Woda błonkowata luźna może przechodzić z jednej cząstki gruntu na drugą, dążąc do wyrównania grubości powłok. Nie może się ona jednak poruszać pod wpływem siły ciężkości i nie wywiera ciśnienia hydrostatycznego. Ten rodzaj wody może być odsączony przy pomocy elektroosmozy.

Woda, która podlega sile ciężkości, wywiera parcie, jest wodą wolną, jednak ścisłe ustalenie granicy między wodą wolną a błonkowatą nie jest możliwe. Wolna woda (gruntowa) wypełnia wolne przestrzenie, jakie nie są wypełnione wodą higroskopową i błonkowatą. Wąskie pory ? kanaliki w gruncie wypełnia woda włoskowata; może w nich znajdować się powietrze.

Fundamenty - Drenaż w budownictwie
Rys. 2. Drenowanie warstwowe budynku.
a) Przekrój i układ warstwy filtrującej.
b) Układ drenażu pod budynkiem.

Wolna woda w gruncie, zwana często wodą podziemną, może występować jako woda zaskórna pochodząca z opadów atmosferycznych przesączających się przez grunt i zatrzymywanych na warstwach mniej przepuszczalnych. Są to wody występujące okresowo. Woda gruntowa to woda utrzymująca się na podłożu nieprzepuszczalnym o ustabilizowanym zwierciadle. Zdarzają się przypadki, że wiercenia na głębokości 10÷15 m nie wykazują poziomu wody gruntowej i przy posadowieniu budowli nie budzą wątpliwości. Przy gruntach, które wykazują zdolność utrzymywania wód zawieszonych, słabo przepuszczają wodę itp., mogą wystąpić okresowe wahania zwierciadła głównie w górę, szczególnie w okresach deszczowych. Amplituda wahań w zależności od charakteru gruntu, wielkości opadów atmosferycznych i innych przyczyn może zmienić się w granicach 0,8÷6,0 m. Najczęściej spotyka się wahania w granicach 0,8÷2,0 m.

Poziom wód gruntowych zależy od pory roku i charakteryzuje się:
? zimą ? przemieszczaniem wilgoci i zamarzaniem,
? wiosną ? maksymalnym podniesieniem poziomu wód gruntowych,
? latem i wczesną jesienią ? spadkiem wilgotności oraz obniżeniem poziomu wód gruntowych,
? i wreszcie jesienią ? gromadzeniem się wilgoci i podnoszeniem poziomu wód gruntowych.
Przypadki podtapiania terenu mogą wynikać z jego rzeźby, układu warstw itp.; jest to tzw. naturalne podtapianie. W szczególnych przypadkach można się spotkać ze sztucznym podtapianiem terenu, spowodowanym gospodarczą działalnością człowieka. Może to być przeciekający kolektor, spiętrzenie spowodowane nasypami, i tak dalej.

Zagadnienia drenowania budowlanego
Drenaż to odprowadzenie nadmiaru wody z gruntu za pomocą sączków ceramicznych, betonowych czy z plastyfikowanego polichlorku winylu. Drenażem może być odwodnienie stałe lub terminowe ? na czas prowadzenia robót budowlanych.
Przy projektowaniu i wykonaniu drenażu należy uwzględniać:
? ukształtowanie terenu i możliwości odprowadzenia wody z drenażu,
? warunki spływu wód powierzchniowych i obecność w pobliżu naturalnych ścieków i zbiorników wodnych,
? występowanie wód gruntowych w zasięgu projektowanych robót odwadniających,
? właściwości fizyczne i chemiczne wód i gruntów.
Odróżnia się dwa sposoby drenowania: poziomy i pionowy. Przy drenowaniu poziomym, wody odsączają się do sączków; dalej jest ona odprowadzona do zbieraczy i kolektorów, a następnie od odbiorników (kanalizacja deszczowa, otwarty rów, itp.). Drenaż pionowy przeważnie działa okresowo na czas budowy, obniżając zwierciadło wody gruntowej do potrzebnego poziomu. Działanie jego polega na odpompowywaniu wody ze studni zapuszczonych w grunt.
Szczegółowo zajmiemy się drenowaniem poziomym, jako tym, które może służyć trwałemu obniżeniu zwierciadła wody gruntowej. Z uwagi na ukształtowanie i rozmieszczenie sieci drenażu w terenie można wyróżnić następujące typy:
? systematyczny,
? pierścieniowy,
? warstwowy,
? czołowy,
? brzegowy.

Fundamenty - Drenaż w budownictwie
Rys. 3. Rurociąg ułożony w oddaleniu i tuż przy budynku.
1 ? sączek
2 ? obsypka filtracyjna
3 ? sączek filtracyjny
4 ? grunt zasypkowy
5 ? odwrócona darnina
6 ? fundament

Dla celów praktycznego odwodnienia terenu czy budynku istotne są trzy pierwsze.
Drenowanie systemowe to równomierne rozłożenie drenów. Drenaż taki składa się z równolegle ułożonego ciągu sączków osuszających, z których woda spływa do zbieraczy dalej do kolektora (magistrali), po czym odprowadzana jest do kanalizacji, rowów, otwartych cieków itp.
Drenowanie pierścieniowe (zwane też opaskowym) to najczęściej stosowany system do odwadniania działek budowlanych, zespołów obiektów budowlanych, czy pojedynczych budynków. Dokoła odwadnianego obiektu układa się sączki połączone ze studzienkami kontrolnymi i studnią zbiorczą, skąd woda odprowadzana jest do kolektora ściekowego lub innego odbiornika. (Rys. 1.) Należy dążyć, by pierścień był jak najprostszy w kształcie i miał jak najmniejszy obwód. Jeżeli drenaż nie zejdzie poniżej podstawy fundamentów, najlepiej umieścić go przy ścianach zewnętrznych. Gdy sączki schodzą poniżej poziomu posadowienia, należy cały ciąg drenażowy odsunąć na odległość zapewniającą stateczność podłoża fundamentów.
Drenowanie warstwowe polega na ułożeniu filtrującej warstwy żwirowej wraz z sączkami pod pogrążoną w wodzie gruntowej części budowli. (Rys. 2.) Ułożenie w dolnej części warstwy filtrującej sączki odprowadzają wodę do kolektora lub studzienki zbiorczej, skąd mogą być odpompowywane. Drenaż warstwowy dobrze odprowadza wody gruntowe w okresie budowy, a filtrująca warstwa żwirowa służy równocześnie jako podsypka pod fundamenty.

Drenaż poziomy
Rurociąg drenarski układamy stosując rurki (sączki) produkowane z kilku materiałów:
? rurki wypalane z gliny,
? rurki kamionkowe,
? rury betonowe,
? rury z PCV.
Obecnie są praktycznie stosowane tylko rury drenarskie z polichlorku winylu. Są to perforowane i spiralnie karbowane rury o przekroju średnicy od 50 do 125 mm. Charakteryzują się dużą odpornością na działanie związków mogących wystąpić w glebie.
Rurociąg drenarski układa się tuż przy budynku lub w pewnym oddaleniu w specjalnie wykonanym wykopie, w zależności od założeń projektu. Rury drenarskie pracują dobrze i nie one bywają przyczyną złego funkcjonowania drenażu. Do podstawowych przyczyn wadliwego funkcjonowania drenażu należy zaliczyć:
? wadliwe ułożenie rur drenarskich,
? zamulenie nieczystościami,
? przypadkowe podłączenie wpustów podwórzowych, rur spustowych, kratek ściekowych itp.,
? zarastanie korzeniami drzew, krzewów itp.

Dobrze ułożony i poprawnie eksploatowany drenaż może pracować nawet powyżej 75 lat.
Do drenowania działek i obiektów budowlanych przyjmuje się przeważnie średnicę 100 mm. Ciągi układa się z rury o jednakowej średnicy, w linii prostej, ze spadkiem wg projektu, bez uskoków, sfałdowań. Układać je należy na głębokości większej od strefy zamarzania (1,10÷1,20 m).

System drenażu składa się z dwóch podstawowych rodzajów rurociągów:
? rurociąg drenarski osuszający,
? rurociąg drenarski zbierający (zbieracz).

Rurociąg osuszający ze zbieraczem łączy się w jednym poziomie lub wprowadza się go od góry, co daje małą kaskadę, ale jest możliwe, gdy nie powoduje zmniejszenia spadku rurociągu. Przebijając rurę zbieracza i wprowadzając w otwór sączek osuszający, połączenie należy starannie uszczelnić, tak by nie było przyczyną zamulenia. Aby uniknąć zamuleń, należy ponad to łączyć rurociągi drenarskie pod kątem 65°, zwiększać spadek rurociągu osuszającego na odcinku 3÷5 m od zbieracza. W przypadku zejścia kilku rurociągów osuszających do zbieracza w jednym punkcie trasy, włączenia rozsunąć, tak, by nie wykonać ich w jednym miejscu.
Rurociągi drenarskie zabezpiecza się przed zamuleniem dobrą obsypką (Rys. 3.). Poza tym należy przyjmować prawidłową prędkość przepływu wody. Gdy sieć miejska, do której odprowadzamy wodę, może znajdować się okresowo pod ciśnieniem hydrostatycznym, należy przewidzieć zawory zwrotne, aby ścieki nie zalewały drenażu. Podobnie należy robić przewidując podnoszenie się zwierciadła wody w odbiornikach naturalnych.

Gdy wody z drenażu nie można odprowadzić grawitacyjnie, konieczne jest zastosowanie przepompowywania. Wodę z drenażu doprowadza się do studni czerpalnej zaopatrzonej w samoczynnie włączającą i wyłączającą się pompę, która podnosi wodę na poziom potrzebny do dobrego grawitacyjnego spływu. Małą przepompownię można zainstalować w odwadnianym budynku, w przypadku dużych działek czy kompleksu obiektów koniecznym staje się budowa oddzielnej pompowni.
Podtapianie budynków zdarza się często, jego przyczyny mogą być różnorodne i często złożone, na co starałem się zwrócić uwagę czytelników. Drenaż jest rozwiązaniem dobrym, choć nie uniwersalnym. Gdy chcemy, by spełnił swoje zadanie, musi być zastosowany po dokładnym rozeznaniu przyczyn i prawidłowo wykonany.

Dr inż. Lesław Macieik
Politechnika Koszalińska

WARSTWY ? Dachy i Ściany 2’2001

Zobacz więcej na stronie: www.abc-izolacje.pl w dziale fundamenty

Udostępnij ten wpis

Post Comment