Grunts drenāža

Grunts drenāža paredz ierīces^[1] gravitācijas un ar to saistītā kapilārā ūdens izvadīšanai no grunts slāņiem, to nosusinot un pazeminot gruntsūdens līmeni. Ar speciālām ventilācijas drenām iespējams noņemt arī plēves ūdeni.

Gruntsūdeņi: pasliktina grunts noturību; pazemina iekšējās berzes koeficientu un grunts saķeri; palielina tās tilpummasu, kā arī veicina grunts kūkumošanos, kas var apdraudēt zemes klātni. Savukārt lauksaimniecības slīkšņās neaug augu kultūras un nav iespējams veikt mašinizētu zemes apstrādi ar traktortehniku.

Pēc ierīkošanas un ūdens savākšanas un novadīšanas veida drenāžu var iedalīt horizontālajā, vertikālajā un kombinētajā. Dzelzceļos visizplatītākā ir horizontālā drenāža, ko iedala: atvērta tipa drenāža, pie kuras attiecina grāvjus, teknes; slēgtā tranšejas tipa drenāža; un ejas. Pie horizontālās drenāžas attiecina arī kurmjdrenāžas urbumus, ko urbj zemes klātnē ar nelielu slīpumu pret horizontu. Šādas drenāžas efektivitāti palielina ūdens notecei pielietojot perforētas caurules.

Horizontālās drenāžas parametri
Lauksaimnieciskā meliorācija
Horizontālās drenāžas caurules ielikšanas mašīna
Vertikālās drenāžas parametri
Aku tīkla vertikālās drenēšanas plāns

Pie vertikālās drenāžas attiecina ūdens nolaišanas akas un urbumus ūdens nolaišanai drenējošās grunts dziļākās kārtās un ūdens nosūknēšanas akas. Ūdens nosūknēšana atkarībā no dziļuma var būt vienkārtas, divkārtu un daudzkārtu.

Kombinētā drenāža sevī ietver pirmo divu veidu kombināciju. To pielieto sarežģītās drenāžas sistēmās, piemēram, lielu potenciālu noslīdeņu nosusināšana kalnu nogāzēs.

Pēc mitruma aizvadīšanas veida no grunts drenāžu var iedalīt gravitācijas, ventilācijas un bioloģiskajā.

Gravitācijas drenāžā ūdens plūst pateicoties ūdens smaguma spēkam. Drenāžu, kura ierīkota līdz ūdens atbalstam un vēl nedaudz tajā iekšā (t.i. visu ūdeni nesošo grunts slāni pārtveroša) sauc par pilnīgu drenāžu. Bet drenāžu, kura nesasniedz ūdens atbalstu dziļos slāņos sauc par nepilnīgu.

Ventilācijas drenāža grunts mitrumu izvada ar tvaika izgarojumiem. Šo drenāžu pielieto samērā reti, galvenokārt trekno mālu žāvēšanai, kurš slikti atdod ūdeni, pielietojot gravitācijas drenāžu. Tādu drenāžu tāpat veido tranšejas veidā ar ventilācijas kanāliem un uzstādot ventilācijas caurules un akas. Pie tam izmanto dabīgo vai piespiedu ventilāciju (ar kompresoru).

Par bioloģisko drenāžu sauc nosusināšanu ar augu apstādījumu palīdzību: koki, krūmi, zālājs.

Drenāža ģipsi, kaļķakmeni un dolomītu saturošos iežos attīsta karsta procesus.

Drenāžas grāvis

Visvienkāršākā atvērtā tipa drenāžas ierīce ir drenāžas grāvis. Tāds grāvis būtiski atšķiras no lietus ūdens novadīšanas grāvja, jo lietus ūdens grāvju gultni un nogāzes cenšas norobežot no gruntsūdeņiem. Savukārt drenāžas grāvī galvenokārt nonāk gruntsūdens, tāpēc veic pasākumus brīvai gruntsūdens izplūšanai no grunts grāvī caur nogāzēm, bet dažkārt arī caur gultni. Drenāžas grāvju nogāzes ar ūdeni necaurlaidīgiem klājumiem nenostiprina. Uzstādītajiem klājumiem jāļauj gruntsūdens ieplūdi grāvī.

Ja ūdens necaurlaidīgais slānis gruntī atrodas sekli un nepieciešams gruntsūdens līmeni pazemināt uz tā esošajam grunts slānim, drenāžas grāvja gultni iegriež ūdeni necaurlaidīgajā grunts slānī ar aprēķinu, lai ūdens līmenis grāvī būtu nedaudz dziļāks par necaurlaidīgās grunts slāņa gultnes kori (ūdens atbalstu). Drenāžas grāvja dzīvo šķēlumu un nogāzes aprēķina summējot gruntsūdeņus un tajā ieplūstošo lietus ūdeni.

Drenāžas grāvja darbības rajonā gruntsūdeņu raksturlīknei (ūdens virskārtai) ir izliekta aprises, kura pazeminās pie grāvja - izplūdes vietā. Līkni vertikālā plaknē grāvja šķērsgriezumā sauc par depresijas līkni.

Lai grāvis ziemā neaizsaltu, to nosiltina. Vienkāršs paņēmiens ir - tuvojoties salam - grāvi lejasdaļā aizsprosto, kā rezultātā ūdens līmenis tajā paaugstinās un ļauj izveidoties ledus kārtai šajā līmenī. Tad aizsprostu noņem un starp ledu un ūdens horizontu izveidojas gaisa slānis, kas kopā ar ledu neļauj grāvim aizsalt pilnībā un kalpo kā siltuma izolācija.

Drenāžas tekne

Ja grāvju ierīkošanai to lēzeno nogāžu dēļ nepietiek zemes platības, izmanto salīdzinoši šauras un dziņas teknes, kas faktiski ir drenāžas grāvja analogs. Drenāžas teknes ir dzelzsbetona, betona, akmens un senatnē arī koka. Koka teknes kalpo īslaicīgi un to sabrukšana var izraisīt zemes klātnes deformāciju, tāpēc industriāli tādas vairs neizmanto. Arī rūpes par dabu - koku izciršanu ievērojamās platībās nav mazsvarīgas.

Gruntsūdens drenāžas teknēs iesūcas caur 25 mm diametra caurumiem to sieniņās (izņemot apakšu) vai pa 10 mm atstātajām spraugām. Kopējais spraugu un caurumu apjoms sienās sastāda 10 - 15 % no kopējās sienu laukuma platības. Mālainās un smilšmāla sevišķi putekļainās gruntīs starp drenāžas teknes sienām ieklāj lielgraudu smilts vai grants drenējošo starpslāni 0,25 - 0,4 m biezumā. Pretējā gadījumā grunts kopā ar ūdeni aizsprostos drenāžas caurumus un apgrūtinās caurplūdi drenāžas teknē, bet blakus teknei veidosies grunts nosēdumi tās aizskalošanas dēļ.

Drenāžas tekni, kura iegriezta ūdens atbalstā (pilnīgais drenāžas tips) un kura šķērso gruntsūdens tecēšanas virzienu sauc par drenāžu - aizsprostu. Tā veic pilnīgu gruntsūdens pārtveršanu. No ūdens plūšanas pretējās puses šādā drenāžā veido hidroizolācijas ekrānu no mīcītiem māliem.

Zemķivetes drenāža

Izplatību ieguvis slēgtais drenāžas veids - zemķivetes drenāžas caurule, kuru pielieto gruntsūdens pazemināšanai zem zemes klātnes pamata laukuma.

Pilnīgā tipa drenāžas visas gruntsūdeņu plūsmas pārtveršanai ierīko dziļumā līdz 4 m no zemes klātnes augšdaļas virsmas malas. Ja ūdens atbalsta slānis atrodas dziļāk, ierīko nepilnīgās drenāžas, kuras dažkārt sauc par uzkārtām. Šādu grāvju gultne atrodas virs ūdens atbalsta slāņa.

Kad gruntsūdens plūst šķērsi ceļam, pilno drenāžu ierīko tikai no vienas puses - no kalna puses.

Nepilno drenāžu sasaistītās gruntīs ierīko no abām ceļa pusēm. Atsevišķos gadījumos ierīko nepilnīgo drenāžu tikai no vienas ceļa puses, ja tās pietiekamību pamato attiecīgs depresijas līknes pazeminājums. Nepilnās drenāžas dziļumu nosaka, ņemot vērā ūdeni nesošā grunts slāņa ūdens caurlaidības īpašības. Kad drenāžu ierīko zem abām ķivetēm, aprēķinu attiecina pa ceļa vertikālo asi; bet pie vienpusējas drenāžas pret vertikālo asi pa balasta prizmas plecu vienpusējās drenāžas pretējā pusē, lai pasargātu ceļa virsbūvi no kūkumošanās iespējamības.

Divpusēja drenāžas shēma
Vienpusējās nepilnās drenāžas shēma

Drenāžas dziļumu aprēķina $H_{d}=Z+\epsilon +h_{kp}+f+h_{0}-d$ ,

kur Z - sasalšanas dziļums no balasta virskārtas un tālāk grunts slānī pa ceļa asi daudzgadu garumā; $\epsilon$ - attālums no zemes klātnes grunts sasalšanas dziļuma (kur beidzas Z) līdz kapilārā pacēluma līknei pēc nosusināšanas (pieņem ar rezervi no vidējām gruntsūdens līmeņa svārstībām un sasalšanas līmeņa daudzgadu garumā; orientējoši $\epsilon$ = 0,25 m); h_kp - kapilārā ūdens pacēlums virs depresijas līknes, ko nosaka laboratoriski un/vai pēc rokasgrāmatām: smilts gruntīm tas ir 0,3 - 0,4 m; mālsmiltij un smilšmālam 0,4 - 0,5 m; mālam 0,6 - 0,8 m; f - maksimālā depresijas līknes pacelšanās izliece zemes klātnes iekšienē pa aprēķina vertikāli; h₀ - ūdens dziļums drenāžā; d - attālums pa vertikāli no balasta prizmas augšas līdz ķivetes gultnei.

Vienpusējā nepilnā drenāžā ūdens pieplūst no tranšeju sāniem un caur gultni. Ūdens dziļumu drenāžā h₀ parasti pieņem vienādu ar 0,3 - 0,4 m - t.i. ar rezervi, lai drenāža strādātu pat, ja tā nedaudz aizdūņo. Depresijas raksturlīknes vienādojumu var noteikt, ņemot vērā attiecīgās grunts filtrācijas koeficientu k un pēc ūdens daudzuma, kas ieplūst drenāžā caur tās sienām: pie pilnīgās drenāžas - no vienas puses, bet pie nepilnās drenāžas - no abām pusēm un arī gultnes. Depresijas raksturlīknes krituma vietā parasti izmanto tās vidējo slīpumu I₀.

Depresijas raksturlīknes vidējais slīpums I₀
Lielgraudu smilts	Vidēja lieluma smilts	Mālsmilts	Smilšmāls
0,003 - 0,006	0,006 - 0,02	0,02 - 0,05	0,05 - 0,1

Zinot attālumu m₁ pie divpusējās drenāžas vai m₁+m₂ no vienpusējās drenāžas līdz vertikālajai aprēķina asij, f aprēķina f=m₁I₀ vai attiecīgi f=(m₁+m₂)I₀.

Izstrādājot tranšeju ar mašīnu, tās platums ir no 0,5 - 0,6 m. Tranšejas platumu rokot ar rokām nosaka izejot pēc darba veikšanas nosacījumiem: 0,8 - 1 m dziļumā līdz 2 m un 1 - 1,5 m dziļāk par 2 m. Drenāžas asi zem ķivetes piemeklē izejot no tuvajām depresijas raksturlīknes līnijām pret zemes sasaluma līmeni vai 3,7 m no ceļa ass.

Ātrai drenāžas tranšejas ūdens novadīšanai gareniski ievieto drenāžas cauruli - drenu. Bez drenāžas caurules pieļaujamas tikai īsas drenāžas, piemēram, uzbērumu šķērsiegriezumos un drenāžās ar ar ļoti mazu ūdens daudzuma izlaišanu. Drenāžas caurules mēdz būt perforēta (sacaurumota) polivinilhlorīda, keramiskas, betona, dzelzsbetona un azbest - cementa. Perforētās polivinilhlorīda caurules var būt ietītas filtrējošā ģeotekstilā. Betonam agresīvo ūdeņu (skābie purvu ūdeņi) novadīšanai , betona un dzelzsbetona caurules nepielieto. Caurumus drenāžas caurulēs izvieto no apakšas un sāniem, taču ne no augšpuses, lai izvairītos no grunts iekļūšanas tajā. Caurumus veido apaļus 5 - 15 mm vai 100 mm garu un 8 mm platu spraugu veidā. Caurumus izvieto no katras puses šaha kārtojumā. Azbestcementa caurulēs caurumus izvieto arī šķērsi. Piemēram, īsās keramiskās caurulēs caurumus neveido, jo ūdens filtrējas to salaidumu vietās. Caurules aptver drenējošs materiāls. Grunts daļiņu diamteram jābūt ne mazākam kā 0,3 - 0,5 no spraugas platuma vai 0,25 - 0,3 no apaļā cauruma diametra. Parasti kopējais caurumu apjoms sastāda apmēram 0,5 % no caurules virsmas laukuma. Izmanto arī caurules filtrus - caurules no lielporaina betona. Betona porainību sasniedz tajā iestrādājot keramzītgranti kopā ar ierobežotu cementa daudzumu un bez smilts aizpildītāja. Betonam sacietējot, tā sienās veidojas ievērojamas vienmērīgi izvietotas poras, caur kurām caurulē iekļūst gruntsūdens.

Tranšeju veido garenslīpumā ne lēzenāk kā 0,005. Tranšejas gultnē izklāj un sablīvē drenējosās šķembas vismaz 10 cm biezumā, centrālajā daļā veido gropi caurules uzstādīšanai. Cauruli no augšas un sāniem apber ar drenējošu šķembu vai grants frakciju 50 - 70 mm, augstāk klāj mazāku šķembu vai granti ar daļiņu lielumu 5 - 10 mm un visbeidzot granti vai smilti (lielu vai vidēju) - aizpilda pilnā augstumā. Ķivetei nodrošina 0,2 - 0,5 m augstu nedrenējošā slāņa slēga (māls, betons) slāni no tās gultnes līdz ieklātajām drenējošajam smiltīm. Trekna māla ūdens necaurlaidīgajam slēgam jāpiejauc 10 - 12 % smilšu, lai, tam izkalstot, neveidotos plaisas un vienlaicīgi saglabātos ūdens necaurlaidība. Nedrenējošais slānis pārvieto virsūdeņus un samazina slodzi uz drenāžas cauruli. Nedrenējošo ķivetes slāni var nodalīt no ieklātās smilts, piemēram, ar ģeosintētiķa starpslāni vai arī nekādi nenodalīt. Senatnē, kā starpslāni izmantoja velēnas vai kūdras slāni. Tomēr organikas klātbūtni starpslānī tranšejā nevērtē viennozīmīgi, tāpēc ir arī viedoklis, - labāk tad nelikt neko tādu.

Seklās ieraktnēs ķivešu šķērsgriezuma palielināšana var izrādīties lietderīgāka par zemķivetes drenāžas ierīkošanu. Slēgtās tranšejas drenāžas ierīko arī gadījumos, kad jānosusina grunts ne tikai ieraktnēs.

Galerijas drenāža

Ja gruntsūdens līmenis ir no 6 - 10 m, ierīko galerijas drenāžu. Tādas galerijas izmēriem jānodrošina cilvēka pārvietošanās iespēju tajā. Galerijas sienās veido drenāžas caurumus, bet ārpus sienām ierīko atpakaļfiltru. Galerijas izejā ierīko ūdens atbalsta sienas galveni. Drenāžas darba uzraudzībai, tīrīšanai, remontam un ventilācijai vasarā kalpo apskates akas. Akas ierīko visos drenāžas virziena pagrieziena punktos, kā arī ūdenskrituma vietās. Pārējās vietās drenāžas akas ierīko ik pēc katriem 50 - 100 m. Parasti apskates akas veido no dzelzsbetona grodiem 1 m diametrā un 8 - 10 cm biezām sienām. Grodu iekšpusē armējumā iestrādā metāla kāpšļus. Akas augšpusē uzstāda divus vākus: augšējo - blīvi noslēdz ziemā; apakšējais ir drenāžas ventilācijas reste vasarā un tajā pat laikā pasargā no piesārņojuma.