Дренаж подземных резервуаров и заглублённых сооружений — специализированная область гидротехнического строительства, объединяющая методы защиты от подземных вод резервуаров чистой воды, противопожарных ёмкостей, канализационных насосных станций, очистных сооружений и других заглублённых конструкций. Основная опасность — всплытие пустого резервуара под действием архимедовой силы при опорожнении для ремонта или консервации. Согласно СП 250.1325800.2016 (п. 5.1), для всех заглублённых сооружений, расположенных ниже уровня грунтовых вод, обязателен расчёт на всплытие и устройство дренажной системы, понижающей УГВ ниже дна сооружения на период его опорожнения. В статье рассмотрен расчёт устойчивости резервуара на всплытие, конструктивные схемы дренажа и технология монтажа дренажной обсыпки с геотекстилем.

1. Расчёт устойчивости резервуара на всплытие

Условие устойчивости

G ≥ γf × FA, где:

G — суммарный вес резервуара (собственный вес конструкции + вес стационарного оборудования + вес грунта обратной засыпки над выступающими частями), кН; γf = 1,2 — коэффициент надёжности по нагрузке (СП 22.13330.2016, п. 9.2); FA — архимедова выталкивающая сила, кН.

FA = ρw × g × Vпогр, где:

ρw = 1000 кг/м³ — плотность воды; Vпогр — объём части резервуара, погружённой ниже УГВ, м³. При полном опорожнении и УГВ на уровне поверхности земли Vпогр равен полному наружному объёму резервуара.

Пример расчёта: противопожарный резервуар 10×6×4 м (h)

Наружный объём (с учётом толщины стен 250 мм и днища 300 мм): Vпогр = 10,5×6,5×4,3 = 293,5 м³. FA = 1000×9,81×293,5 = 2 880 кН (288 тс).

Собственный вес конструкций: стены + днище (ж/б, объём бетона ≈ 38 м³) = 38×2 500 кг/м³ × 9,81 = 932 кН (93,2 тс).

932 < 1,2×2 880 = 3 456 кН — условие не выполняется! Резервуар всплывёт. Требуются мероприятия: либо устройство анкерных свай (4 сваи d=300 мм, L=6 м, несущая способность на выдёргивание — 200 кН каждая, итого 800 кН; 932+800=1 732 < 3 456 — всё ещё недостаточно, нужно 8 свай), либо устройство дренажа, понижающего УГВ на период опорожнения.

2. Конструктивные схемы дренажа резервуара

СхемаКонструкцияПрименениеЭффективность понижения УГВ
Кольцевой дренаж (обязателен)Дрены DN110 по периметру резервуара на глубине 0,3-0,5 м ниже дна. Расстояние от стен — 1,0-1,5 м. Уклон 0,005 к сборному колодцу с насосом. Обсыпка щебнем, геотекстильВсе резервуары, УГВ > дна. Постоянный отвод воды в штатном режиме эксплуатацииПонижение на 1,0-2,0 м при k>0,1 м/сут. Для полного осушения — необходим насос
Пластовый дренаж под днищемСплошной слой щебня 20-40 мм (h=200-300 мм) под бетонной подготовкой днища + дренажные трубы DN110 с шагом 3-5 м, подключённые к кольцевому дренажу. Геотекстиль — под щебнем и поверхВодоносные грунты с k>1 м/сут. Резервуары большой площади (>50 м²)Равномерное водопонижение под всей площадью днища. Исключает локальные зоны давления на днище
Вертикальные дренажные скважины (иглофильтры)Скважины d=300-500 мм с шагом 5-10 м по периметру, глубиной на 2-3 м ниже дна. В скважины — погружные насосы или иглофильтры, подключённые к вакуумному коллекторуВременное водопонижение на период строительства или ремонта. Глубокое заложение (>5 м), высокий УГВПонижение на 3-5 м и более

3. Технология монтажа дренажной обсыпки резервуара

  1. Подготовка котлована: дно котлована заглубляется на 300-400 мм ниже проектной отметки днища (для размещения пластового дренажа). Поверхность выравнивается, уплотняется. Острые камни, способные повредить геотекстиль — удаляются
  2. Укладка геотекстиля (нижний слой): плотность 200-250 г/м². Укладывается на дно и стенки котлована с запасом 500 мм по краям (для последующего завертывания). Нахлёст полотен — 300 мм. Временная фиксация — мешками с песком
  3. Засыпка щебня (пластовый дренаж): фракция 20-40 мм, слой 200-300 мм. Разравнивание с уклоном 0,005 к дренажным трубам. Уплотнение — виброплитой (вес до 200 кг, 2-3 прохода). Пригрузка — НЕДОПУСТИМА (разрушение геотекстиля!)
  4. Укладка дренажных труб: DN110, перфорированные, укладываются «ёлочкой» с шагом 3-5 м. Трубы подключаются к кольцевому дренажу через тройники. Уклон труб — 0,005 к сборному колодцу. Стыки — муфтовые с резиновым уплотнением
  5. Завертывание геотекстиля (верхний слой): края нижнего слоя заворачиваются поверх щебня с нахлёстом 300 мм. Сверху — второй слой геотекстиля (разделение щебня и бетонной подготовки). Фиксация — скобами
  6. Бетонная подготовка: B15, толщина 100 мм. Бетонирование — с осторожностью, чтобы не повредить геотекстиль острыми краями щебня (рекомендуется предварительная раскладка цементно-песчаной смеси слоем 20-30 мм поверх геотекстиля)

Нормативная база

  • СП 250.1325800.2016 «Защита от подземных вод»
  • СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» (расчёт на всплытие)
  • СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения»
  • ГОСТ Р 55072-2012 «Трубы дренажные гофрированные из полиэтилена»