Книга: Отопление и водоснабжение вашего дома
Назад: Вода в вашем доме
Дальше: Трубчатые колодцы (скважины)
Колодцы, скважины, водопровод
Шахтные колодцы
Активное развитие строительства индивидуальных жилых домов сделало актуальной проблему снабжения водой осваиваемых участков. И часто наиболее быстрым и доступным решением этой проблемы является сооружение колодца — надежного и испытанного источника чистой и вкусной воды.
В настоящей книге предпринята попытка ознакомить с устройством наиболее распространенных типов колодцев, а также с инструментами, приспособлениями, приемами, которые понадобятся умельцу при сооружении того или иного колодца. Поскольку возможности индивидуального, особенно сельского, строителя часто ограничены в части материалов, техники, инструмента, в этой книге использовался опыт старых мастеров-колодезников, которые часто достигали прямо-таки поразительных результатов относительно простыми средствами. Следует, правда, отметить, что слепое копирований инструмента, который использовали при работе старые мастера, связано с определенными трудностями. Ведь раньше при изготовлении инструмента, например долот, буров, широко применялись ковка и другие специфические способы обработки металла, воспроизвести которые в домашних условиях подчас крайне сложно. Поэтому здесь мы приводим конструкции инструмента, который строитель колодца в основном мог бы сделать сам, хотя в некоторых случаях ему, конечно, придется обратиться за помощью и к токарю, и к сварщику, и к кузнецу.
Перед тем как приступить к строительству колодца, необходимо провести простейшие изыскания, т. е. определить в предполагаемом для колодца месте наличие подземной воды, выяснить глубину залегания и протяженность водоносных пород, количество и качество воды. Когда рядом есть аналогичные сооружения, дело облегчается. Имеющиеся в округе открытые водоемы, действующие колодцы позволяют достаточно точно определить глубину залегания подземной воды. Если они расположены поблизости от выбранной вами площадки, то достаточно показаний ватерпаса, если же растояние значительное, то понадобится нивелир. Например, цена деления барометра 0,1 мм, что соответствует разнице в высоте 1 м. Стало быть, коль скоро на уровне земли существующего колодца барометр показывает давление 745,8 мм, а в точке, где вы собираетесь рыть колодец, — 745,3 мм, шахту вам придется рыть скорее всего на 5 м глубже (745,8 — 745,3 = 0,5 мм). Сказанное справедливо в тех случаях, когда уровень подземных вод практически горизонтален и воды залегают в виде грунтового бассейна. Если же поверхность грунтовых вод имеет уклон и залегают они в виде грунтового потока, надо при определении глубины залегания учитывать этот уклон, применяя метод интерполирования. Самым же надежным способом поиска воды является разведочное бурение. Место для колодца надо выбирать не ближе чем 20–25 м от источников загрязнения: навозных куч, уборных, помойных ям, кладбищ, бань, скотных дворов. Не следует устраивать колодцы на склонах свалок, оврагов, берегов рек, поскольку тогда они будут дренировать (забирать) грунтовые воды.
Подземные пласты грунтовой воды образуются преимущественно в результате проникновения в землю атмосферных осадков и воды из открытых водоемов — рек, озер, прудов. Образуются подземные воды также и вследствие конденсации водяного пара атмосферы внутри грунта, в его порах. Это — конденсационные воды, правда, существенное значение они имеют только в высокогорных районах. Различные породы в земной коре залегают пластами. Если порода пласта способна отдавать воду при вскрытии ее шахтой, она называется водоносной; порода, не пропускающая воду, не отдающая ее, называется водоупорной или водонепроницаемой. Строго говоря, из-за наличия в каждой породе пустот абсолютно водонепроницаемых пород не существует, и чем этих пустот больше, тем водопроницаемость породы выше. Так, галечники, гравий, крупные и средние пески, трещиноватые скальные породы имеют хорошую водопроницаемость. Напротив, глины, плотные скальные породы водоупорны. Суглинки, лёсс, глинистые пески, мергели относятся к полупроницаемым породам.
Гидравлические свойства водных пластов.
По гидравлическим свойствам подземные воды могут быть безнапорными (грунтовыми) (А) и напорными (артезианскими) (Б).
Безнапорные воды залегают на первом от поверхности водонепроницаемом или слабопроницаемом слое. Поверхность их свободная, т. е. давление на ней равно атмосферному. В этом случае в скважинах и колодцах, вскрывающих воду; ее уровень обычно устанавливается на глубине, соответствующей уровню воды в водоносном слое.
Напорные воды залегают в водоносном пласте, зажатом между двумя водонепроницаемыми пластами, подстилающем и кровлей. Вода в этом случае полностью заполняет все пустоты в водоносном пласте и при вскрытии его шахтой поднимается в ней выше отметки вскрытия. Такой установившийся в шахте уровень воды называется пьезометрическим. Иногда вода напором выбрасывается из шахты в виде фонтана. Именно такой фонтанирующий колодец впервые был обнаружен во французской провинции Артуа (латинское название — Artesium). Отсюда и название напорных вод — артезианские.
Каждый вышележащий пласт породы, независимо от его водопроницаемости, является кровлей для пласта нижележащего.
При строительстве колодца можно довольно часто столкнуться с так называемой верховодкой — подземной водой, находящейся на относительно небольшой глубине над водоупорным пластом. Для водоснабжения верховодку обычно не используют и изолируют при проходке шахты, так как она не успевает, просачиваясь через грунт, очиститься от загрязнений. Запасы воды у верховодки невелики, не постоянны и зависят от количества выпадающих осадков. В местах, где водоупорный слой кончается, верховодка исчезает, стекая в нижележащий горизонт. В засушливые периоды и зимой она также обычно исчезает. Количество воды, притекающей в колодец из водоносного слоя в единицу времени (минуту, час, сутки), называется дебитом колодца.
Определившись с местом расположения колодца, далее необходимо выбрать тип конструкции (шахтный или трубчатый). Шахтный колодец обычно имеет наибольший размер в свету 0,8–1,2 м, что позволяет при его строительстве углублять шахту обычной лопатой. Важно, однако, заметить, что приток воды к колодец (дебит) в подавляющем большинстве случаев мало зависит от размеров поперечного сечения колодца. Поэтому заманчиво сделать вместо шахты скважину диаметром 500 мм и сократить при этом количество извлекаемого грунта во много раз. Укрепив стенки скважины трубой (эта труба называется обсадной), получим трубчатый колодец. В него, конечно, уже нельзя опуститься с лопатой, и для его устройства потребуются специальный инструмент и оборудование. Сделанные правильно, оба типа колодцев имеют примерно одинаковый срок службы, оба требуют подготовительных работ, изготовления подъемных механизмов, приспособлений, инструмента. Окончательный выбор необходимо сделать, сообразуясь со своими возможностями. Посоветовать можно одно: чем глубже расположен водоносный слой, тем больше доводов в пользу скважины, но при условии, что вышележащие породы не содержат много камней. Пробивать скважину самодельным инструментом через глубоко залегающий мощный каменный пласт — дело исключительно тяжелое. В этом случае шахтный колодец даже глубиной 20 м предпочтительнее. Надо также подумать и о способе подъема воды из готового колодца. Если из шахтного колодца воду можно поднимать не только насосом, но и ведром при помощи простого ворота, то из трубчатого колодца это возможно только с использованием насоса.
Конструкция шахтного колодца.
В конструкции шахтного колодца различают следующие элементы: оголовок; ствол — участок от низа оголовка до статического уровня воды (т. е. уровня при отсутствии откачки воды); водоприемную часть. Существуют три вида шахтных колодцев: несовершенный, или неполный (А); совершенный, или полный (Б); совершенный с подствольником (зумпфом) (В). В несовершенном колодце крепление шахты не достигает подстилающего пласта, лежащего ниже водоносного; приток воды здесь возможен через дно и боковые стенки. В совершенном колодце крепление достигает водоупорного пласта и опирается на него; приток воды — только через боковые стенки. Зумпф в совершенном колодце — это дополнительный резервуар, выполняемый в подстилающей водоупорной породе для увеличения запаса воды.
Существуют три вида шахтных колодцев: несовершенный, или неполный; совершенный, или полный; совершенный с подствольником (зумпфом).
Выбирая устройство водоприемной части, необходимо учесть, что запас воды в колодце и суточная потребность в ней должны быть по возможности согласованы, иначе вода будет застаиваться и загнивать. Поэтому для индивидуального водозабора следует рекомендовать несовершенный колодец с притоком воды через донный гравийный фильтр; боковые фильтры не дают значительного увеличения дебита и в то же время сложны в изготовлении. Безнапорный водоносный пласт шахтой несовершенного колодца не следует проходить более чем на 0,7 его высоты, поскольку доказано, что нижележащая вода, как правило, не питает колодец и не увеличивает дебита. Сообразуясь с суточной потребностью в воде, закладывают колодец и на меньшую глубину. Поперечные размеры шахты целесообразно принимать минимальными с целью экономии материалов и трудозатрат. Руководствоваться при этом следует только удобством работы в шахте, тем более что увеличение размеров поперечного сечения колодца, как уже было отмечено выше, обычно мало сказывается на повышении дебита. Так, увеличение радиуса колодца в 10 раз дает возрастание дебита лишь в 1,5 раза. Исключение составляет только тот крайне редкий случай, когда колодец питают восходящие ключи, расчистка которых на большей площади дна колодца увеличивает дебит уже значительно.
Конструкция шахтного колодца с шатром. Кроме зумпфа, запас воды в колодце может быть увеличен в результате расширения его подводной части в виде шатра. При высоте водоносного пласта до 2–3 м устраивают зумпфы, а при большей высоте — шатры.
Водоприемную часть несовершенного колодца чаще всего делают с донным фильтром из трех слоев щебня или гравия с зернами различной крупности: толщина нижнего слоя, находящего в контакте с водоносной породой, — 0,1 м, двух остальных — по 0,15 м. Зерна каждого верхнего слоя фильтра должны быть в б—8 раз крупнее зерен нижнего.
Если водоносный пласт сильно разжижен (плывун), а приток воды обильный, устраивают дощатое дно со щелями или оверлейными отверстиями. Фильтр из щебня или грат в этом случае насыпают поверх доски. Оголовок колодца должен возвышаться на 0,6–0,8 м над уровнем земли. Вокруг колодца необходимо сделать глиняный замок шириной 0,5 м и глубиной 1–1,5 м и желательно железобетонную отмостку, что предохранит колодец от стекания в него воды с поверхности земли.
Крепление шахты колодца делают из дерева, бетона, железобетона, кирпича или камня. Выполнить крепление можно тремя способами: возведением крепления со дна готовой шахты (при опасности обвалов грунта эту работу следует производить только с временным раскреплением стенок шахты), наращиванием крепления сверху (опускное крепление), наращиванием снизу.
ЕСЛИ ВЫ ВЗЯЛИСЬ РЫТЬ КОЛОДЕИ, ОТНЕСИТЕСЬ СЕРЬЕЗНО К ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ.ВОТ ЕЕ ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ:❐ Шахту колодца надо оградить поставленными на ребро досками на расстоянии 0,4–0,7 м от края, а площадку освободить на 2–3 м от устья шахты, чтобы в нее не могло скатиться что-нибудь тяжелое.❐ Перед началом работ испытанием на разрыв должна быть проверена прочность каната для подъема бадьи с грунтом.❐ Канат следует привязывать наглухо к бадье; при глубине более 6 м к бадье необходимо привязывать второй предохранительный канат (работа с поднимающейся бадьей крайне опасна!).❐ Для рытья глубоких колодцев надо использовать вороты с вертикальным валом, для неглубоких (4–6 м) возможно применение горизонтальных воротов. Вороты должны иметь зубчатый стопор и канатный тормоз.❐ При использовании механических подъемников с электрическими и другими двигателями в приводе следует применять только червячные редукторы, обладающие эффектом самоторможения (вращение возможно только от червяка к червячному колесу). На первичный вал червячного редуктора, несмотря на его способность к самоторможению, необходимо все же установить тормоз для уменьшения инерционного выбега механизма.❐ Производить ежедневный осмотр всех подъемных приспособлений (лебедки, ворота, каната, крюка, бадьи и т. п.) перед началом работы, в обеденный перерыв и вечером.❐ Оповещать работающих внизу о подъеме из шахты и об опускании в шахту различных предметов. При интенсивном притоке в шахту вредных для здоровья газов осуществлять постоянное вентилирование с помощью вентилятора. Каждое утро и после перерывов в работе перед спуском человека в шахту проверять в ней качество воздуха с помощью горящей свечи: если свеча гаснет — провентилировать шахту и проверить вторично качество воздуха. При углублении колодца незащищенная креплением часть шахты должны составлять не более 1 м по высоте.❐ Не допускать за стенками крепления значительных пустот и каверн, которые могли бы вызвать подвижку и обвал грунта и разрушение крепления.
Деревянные колодцы
Благодаря доступности дерева как конструкционного материала оно широко применяется при строительстве колодцев и в настоящее время. Однако древесина не каждого дерева годится для этой цели. Наиболее подходящим материалом для такого колодца является дуб, затем идут лиственница, вяз, ольха. Для надводной части, кроме дуба и лиственницы, хорошим материалом является сосна. Дуб стоит в надводной части 20–25 лет, в подводной — десятки и даже сотни лет. Береза в подводной части служит 10 лет, в надводной — 5 лет. Ель редко употребляют для сруба, так как она сильно усыхает, дает трещины и быстро гниет. Не следует применять также осину, она придает воде неприятный запах и привкус горечи, быстро загнивает, и вода приобретает гнилостный запах. Совершенно непригоден для сруба сухостойный лес, он хрупок и недолговечен. Независимо от породы лес для сруба должен быть прямым, не трухлявым, не зараженным грибком, без червоточин и плесени.
При глубине колодца не более 6 м, когда стенки шахты не обрушиваются и не вспучиваются, а приток воды не сильный, сруб может быть возведен непосредственно со дна готовой шахты. В этом случае сначала надо вырыть шахту на полную глубину с временным креплением стенок. Затем на дне шахты устанавливают раму-основание, на которой и производят сборку сруба. Иногда на дно шахты кладут лежни — бревна, распиленные вдоль, на них пришивают пол и уже на этом основании собирают сруб. Наращивание сруба сверху применяют для колодцев глубиной более 6 м. Работа здесь идет в такой последовательности. Сруб устанавливают на основание после отрыва шахты на глубину 3 м и выводят его из земли на три венца. Потом углубляют шахту, подрывая грунт каждый раз на глубину примерно 25 см, сначала под серединой стенок, не трогая углов. Обходят так все стороны сруба и затем подпирают их клиновыми подкладками. После этого подрывают грунт в углах, выбивают клиновые подкладки и равномерно опускают сруб. В рыхлых и сыпучих грунтах сруб может застревать в шахте, тогда его осаживают по верхнему венцу. Если это не помогает, то из бревен и досок на верхнем венце устраивают настил, на который наваливают груз массой до 30–35 т. Если и такая нагрузка не дает желаемого эффекта, работу заканчивают наращиванием сруба снизу.
Сруб деревянного колодца.
Деревянные колодцы строят обычно квадратного сечения с размерами стороны квадрата в свету от 0,7 до 1,4 м (чаще 1 × 1 м). Сруб делают из пластин, нарезаемых из бревен диаметром 22 см, или из целиковых бревен диаметром 15–18 см. Когда сруб сделан из бревен, легче добиться высокой плотности стенок колодца.
Сруб собирают на поверхности земли перед рытьем шахты, и каждый венец его размечают для последующей правильной сборки. Сопряжение бревен в углах сруба делают в лапу без остатка с коренным шипом (потемком) или без него. Потемок уплотняет угол. Венцы соединяют между собой нагелями высотой 10 см, которые по вертикали ставят вразбежку.
Внимание! Чтобы исключить возможность отрыва нижних венцов от верхних, соседние венцы соединяют стальными скобами, по углам сшивают с помощью брусков, а последние каждой стороны — досками.
Чтобы облегчить опускание сруба в шахту, основание сруба уширяют, а нижнюю часть его снабжают режущим ножом — башмаком. Башмак нетрудно сделать из стального уголка или железобетона. Или же снизу сруба устанавливают ящик без дна, поперечные размеры которого больше сруба на толщину его стенок. Что лучше — зависит от возможностей строителя колодца и плотности грунта. При большой глубине колодца (20 м и более) и твердой породе стальной башмак существенно облегчает дело.
Для глубоких колодцев наращивание сруба снизу является предпочтительным. Особенность этого способа заключается в том, что сруб через каждые 4–5 венцов должен иметь венец с «пальцами», т. е. два нижних бревна этого венца делают с концами на 0,4–0,5 м длиннее на каждую сторону. Эти выступающие за габариты сруба концы закладывают в вырытые в стенках шахты горизонтальные углубления (называют их «заклады» или «печуры»), поджимают кверху (желательно домкратами) и подклинивают в печурах. Благодаря «пальцам» сруб надежно закрепляется в шахте и позволяет допускать длительные перерывы в работе, невозможные при других способах крепления. В очень рыхлом грунте и в плывунах сделать печуры надежными не удается и данный способ оказывается непригодным. В этом случае шахту надо проходить наращиванием сруба сверху. Вообще плывуны — весьма неприятная порода для строителя шахтного колодца и требуют часто специфических методов работы, заставляют пошевелить мозгами. Самая ускоренная выемка породы плывуна в шахте не позволяет углублять колодец, так как на место вынутой породы тут же притекают ее новые массы и затапливают дно шахты. Плывуны бывают однородными и неоднородными, крупно- и мелкозернистыми, могут включать обломки твердых пород или сцементировавшиеся массы песка, могут находиться в покое или в движении под напором воды.
Способ установки сруба с подвешиванием.
Если грунт плотный и колодец сравнительно неглубокий, сруб, наращиваемый сверху, можно подвесить в шахте на веревках. Этот способ дает значительные удобства в работе потому, что рама сруба практически не мешает углублять шахту, так как основание сруба поддерживают на высоте 0,5–1 м от дна шахты. Веревки подводят под каждый угол сруба серединой, а концы несколькими витками закрепляют на раме из бревен, установленной над шахтой. Веревки удерживают сруб в результате трения между витками и бревнами, причем 2–3 витков для каждого конца веревок вполне достаточно. Сруб опускается в шахту очень легко — идет он с зазором, нужно только немного протравливать концы веревок на витках. Последнее позволяет в пределах размеров шахты наклонять сруб для выверки вертикальности, перемещать от стенки к стенке и даже поворачивать на некоторый угол вокруг вертикальной оси.
При подвешивании сруба веревки должны пройти испытание для определения наибольшей нагрузки, которую они могут выдержать. Ее легко определить простым расчетом. Для этого прежде всего надо испытать веревку на разрыв, т. е. определить силу [в килограммах, тоннах], вызывающую разрыв веревки. Затем эту разрывающую силу уменьшим в 2 раза [введем, как принято в расчетах, коэффициент запаса прочности 0,5] и умножим на 8, поскольку каждый угол удерживают два конца веревки. Это и будет максимально допустимая масса сруба, т. е. G = 81κР, где G — максимально допустимая масса сруба; к — коэффициент запаса прочности [к = 0,5]; Р — усилие разрыва одной веревки. Например, если веревка порвалась при нагрузке 1 т, то G = 8 × 0,8 × 1 = 4 т.
Способ прохождения плывуна с помощью шпунта.
При устройстве шахтных колодцев плывун можно пройти только при благоприятных условиях — небольшой мощности, незначительном напоре, очень медленном движении. Проходят плывун, большей частью забивая шпунт. Шпунт — это стенка, переборка из досок или брусьев, соединенных между собой при помощи четвертей или углов. Нижние концы досок шпунтового ряда заостряют. Когда плывун расположен непосредственно над водоносным слоем — источником питания колодца или сам дает воду для колодца, пройти его можно с помощью внутреннего шпунтового ящика. Забивают шпунт строго по отвесу деревянным обухом или ручной бабой на глубину 30–35 см между направляющей и распорной рамами. Затем удаляют породу, не обнажая концы досок шпунта, после чего шпунт опять забивают. При глубине плывуна более 1 м забивать шпунт вручную почти не возможно, и тогда его забивают с помощью копра и чугунной бабы, скользящей по направляющим.
Прохождение мощных слоев плывуна, особенно под напором воды, чрезвычайно затруднительно, требует высокопроизводительной отливной техники и больших затрат.
Способ прохождения плывуна с помощью донного ящика.
В сильноразжиженных плывунах используют донный ящик с крышкой и режущим стальным башмаком. Такой ящик опускают на дно шахты и вдавливают вниз, в плывун, при помощи клиньев или домкратов, которые упирают в брус; прибитый к срубу. Домкраты или клинья устанавливают с двух противоположных сторон ящика. По мере заполнения ящика плывуном крышку открывают, породу вычерпывают и поднимают наверх; одновременно осаживая сруб ударами сверху. Донный ящик позволяет пройти промежуточные плывуны толщиной 0,5–1 м.
Прохождение плывуна косыми шпунтами.
Более мощные плывуны (1–1,4 м) проходят, вбивая у основания сруба ряды косого шпунта длиной 0,7–0,9 м. Нижний ряд такого шпунта закрепляют каждый раз следующим рядом, расположенным выше. Затем косой шпунт укрепляют внутренним срубом или внутренним шпунтом с распорками.
Шатровое устройство водоприемника.
Водоприемную часть колодца в плывунах, особенно когда песок очень мелок и сильно разжижен, выполняют часто в виде двойного шатра. Вскрыв такой пласт, наращивание сруба прекращают и устанавливают второй шатер — водосборный, отступив на 0,35—0,4 м от стенок основного шатра. Сборку водосборного шатра надо производить очень тщательно снизу вверх с проконопачиванием его мхом и расшивкой рейками. Песок из внутреннего шатра при углублении шахты забрасывают между стенками, а воду откачивают.
Иногда возникает необходимость изолировать верхний водоносный пласт с плохой водой, пройти его шахтой. Добиваются этого также с помощью шпунтового ряда досок, которые забивают снаружи сруба. Между шпунтом и срубом в этом случае устраивают глиняный замок.
У читателя может возникнуть справедливый вопрос: нет ли противоречий в приведенных рекомендациях по проходке различных грунтовых пород? Дело в том, что все эти рекомендации достаточно относительны и должны восприниматься не как догмы, а как руководство к действию. Слишком большое многообразие имеют породы и, соответственно, различные условия их проходки. Самодеятельный строитель должен сам найти правильное решение в каждом конкретном случае, применяя описанные способы.
Бетонные колодцы
Если есть возможность, шахтный колодец лучше всего строить из бетона. Такие колодцы отличаются высокой прочностью и долговечностью, они предпочтительнее других и в санитарно-гигиеническом отношении. Стенки у бетонных колодцев плотные и не пропускают загрязнения с поверхности земли. В практике колодезного строительства существуют три типа бетонных колодцев: колодцы из монолитного бетона; колодцы из бетонных колец; колодцы из бетонных пластин.
Строительство колодца из монолитного бетона ведут обычно в готовой шахте сплошным бетонированием между двумя опалубками, наружной и внутренней, подобно бетонированию обычной стенки. Конечно, строительство колодца из монолитного бетона идет медленнее, чем сооружение колодца из готовых бетонных колец. Однако для самодеятельного строителя этот способ представляет определенную ценность, так как позволяет обойтись без грузоподъемной техники. Крепление шахты колодца можно осуществить как бетоном, так и железобетоном. Поскольку принципиальной разницы в строительстве бетонных и железобетонных колодцев нет, условимся в дальнейшем называть эти колодцы бетонными.
Материалы для изготовления бетонного колодца сравнительно доступны, а работа с бетоном проста и не требует какой-то специальной квалификации. Тем не менее, основы технологии приготовления бетона нужно знать, чтобы избежать ошибок и не затратить впустую время, труд и материалы.
БЕТОН И БЕТОННАЯ СМЕСЬБетон — искусственный [технический] каменный материал, получаемый в результате уплотнения и твердения бетонной смеси, которая состоит ив вяжущего элемента [цемента], воды и заполнителя, мелкого [песка] и крупного [щебня или гравия].Бетонная смесь — это еще не камень, ее можно формовать в изделие и уплотнять. Когда в бетонной смеси отсутствует крупный заполнитель, она называется раствором. В затвердевшем состоянии прочность раствора может быть равной прочности бетона.
Цементы бывают разные, но для колодца желательно использовать портландцемент марки 400, не ниже. При хранении цемента качество его снижается. Особенно быстро это происходит, если цемент хранился в бумажных мешках, в которых он обычно поступает в продажу. Происходит это потому, что бумажные мешки пропускают влагу из воздуха. Например, если цемент купить осенью или зимой (обычно это легче), а строить колодец летом, то прочность цемента в бумажных мешках снизится настолько, что бетон из него лучше не делать — он начнет сыпаться при замерзании и оттаивании. Выход единственный — после покупки цемента пересыпать его как можно быстрее в плотную, непромокаемую для влаги тару. Хорошо хранится цемент в мешках из синтетической пленки, а также железных бочках с плотными крышками.
Воду для приготовления бетонной смеси надо брать питьевую или любую другую, но не кислую. Кислотность воды определяется показателем pH. Если этот показатель больше 7, вода щелочная, меньше — кислая, и кислотность воды тем выше, чем меньше pH. Для бетона вода должна иметь pH не менее 4. Определить pH воды легко с помощью индикаторной бумажки, которая изменяет цвет в зависимости от значения pH.
Введение в бетон заполнителей позволяет сократить расход цемента и одновременно улучшить технические характеристики бетона. Поэтому к заполнителям предъявляются соответствующие требования. Мелкий заполнитель — обычно природный песок, крупный — гравий или щебень.
Песок чаще всего встречается кварцевый, он является наилучшим для бетона. Другие пески, особенно известняковые и ракушечные, надо проверить на прочность в строительной лаборатории. Песок состоит из смеси зерен различной крупности (0,14—5 мм). Различают пески речные, морские и горные (овражные). Зерна речных и морских песков обычно округлой формы, зерна горных — остроугольной, что улучшает сцепление с цементным камнем. Однако речные и морские пески, как правило, меньше загрязнены глиной и органическими примесями. Помните, глина очень вредна при приготовлении бетонной смеси! Она обволакивает зерна песка и не дает им сцепляться с цементом. Органические, гумусовые примеси, особенно жирные кислоты, также сильно снижают прочность бетона и даже вызывают разрушение цемента. Содержание в песке глинистых, илистых и пылевидных примесей, определяемых отмывкой и отстаиванием, не должно превышать 3 % (по массе). Органические примеси определяют с помощью 3 %-ного водного раствора едкого натра: обрабатывают навеску песка этим раствором в соотношении 1: 1 (по массе) и дают отстояться сутки. При наличии органических примесей раствор окрашивается, и если его цвет становится темно-желтым, красным или коричневым, то песок без промывки непригоден.
Гравий состоит из окатанных зерен размерами 3—70 мм. Гравий также может быть речной, морской и горный (овражный). Зерна горного гравия (как и горного песка) более остроугольные, речной и морской гравий более чистые. Для бетона лучше малоокатанная форма, малопригодна яйцевидная, еще хуже — пластинчатая, или лещадная, шириной в 3 раза и более превышающей толщину. При загрязнении гравия глиной его необходимо промывать. Нельзя применять гравий, зерна которого крупнее 1/4 части толщины стенки колодца и больше минимального расстояния между стержнями арматуры в железобетоне. Например, для стенки колодца толщиной 100 мм можно использовать гравий с наибольшим зерном 25 мм.
Щебень — дробленый камень размером до 150 мм. Чаще всего в строительстве применяют известняковый и гранитный щебни, которые являются отличным материалом и для колодца. Кирпичный щебень непригоден.
Состав бетонной смеси определяют соотношением по массе (иногда менее точно по объему) между цементом, песком и гравием (щебнем), принимая количество цемента за 1. Обязательно указывается также водоцементное отношение — В/Ц, т. е. отношение массы воды к массе цемента. Для колодцев бетонная смесь: 1:2:3 или 1: 2,5: 4 и В/Ц = 0,5–0,7.
Смесь можно составить, основываясь на расходе материалов по массе (кг) на 1 м3 уложенной и утрамбованной бетонной смеси. Например, цемента — 300 кг, песка — 750, щебня — 1200, воды — 150 кг, а всего — 2400 кг.
Водоцементное отношение (В/Ц) является очень важным показателем: с его увеличением подвижность бетонной смеси возрастает и она легче заполняет форму, по при этом прочность бетона резко снижается. Поэтому для колодцев В/Ц более 0,7 брать нельзя.
Приготовляют бетонную смесь в бетономешалках или ручным способом. При ручном приготовлении сначала смешивают цемент и песок, затем добавляют нужное количество воды по В/Ц и перелопачивают, далее добавляют гравий или щебень, предварительно смоченные водой, и еще раз все перелопачивают до получения однородной смеси.
Бетонную смесь укладывают в форму слоями по 10–15 см и уплотняют трамбовками до появления «цементного молока». Эта операция также имеет очень большое значение: чем лучше произведено уплотнение, тем выше прочность бетона. В строительстве уплотнение бетонной смеси производят вибраторами. Бетонная смесь при вибрировании приобретает свойства тяжелой жидкости, расплывается, заполняет форму и уплотняется. Домашнему мастеру для этой цели можно посоветовать приспособить вибрационный насос, вибрационный активатор стиральной машины или вибрационный распылитель для краски.
После укладки бетонной смеси и ее уплотнения надо позаботиться о том, чтобы процесс твердения, особенно в первые 7—10 дней, проходил без подсыхания и подмерзания. И то и другое очень вредно. В жаркую и ветреную погоду бетон надо закрыть влажными опилками ила другими подходящими материалами и в течение дня несколько раз смачивать водой. Если возможны заморозки, битон утепляют, закрывая теми же опилками, но только сухими. Теплопроводность сухих опилок очень низкая, и слой в 5 см надежно предохранит свежеуложенный бетон от любого осеннего мороза.
Бетон хорошо сопротивляется сжатию и плохо — растяжению, поэтому в тех случаях, когда в работе конструкции ожидаются деформации растяжения, бетон армируют железом, которое и берет на себя растягивающие нагрузки. Такой материал называется железобетоном. Для армирования бетона лучше всего применять специальную арматурную сталь с рифленой поверхностью — арматуру периодического профиля (периодичку, как ее называют), подойдет также любая прутковая или полосовая сталь, а также проволока, даже колючая. Надо только, чтобы ржавчины на металле было как можно меньше, самое лучшее, если она отсутствует вовсе. Концы гладких стальных прутков нужно загнуть или приварить к ним стальные зацепы. Это необходимо для того, чтобы при растягивающих нагрузках арматура не сдвигалась относительно бетона, а работала с ним как одно целое. Благодаря щелочной среде, которую создает бетон, арматура в бетоне не корродирует, но для этого арматура должна быть не ближе 15 мм к поверхности бетонного изделия. Если глубина колодца значительна, рытье и временное крепление шахты становятся очень дорогими. В этом случае шахту отрывают сначала на некоторую глубину и бетонируют, стараясь вывести крепление над землей как можно выше. Далее работу ведут опускным методом, подрывая грунт под стенками колодца и постепенно его осаживая. Для облегчения работы в нижней части бетонного крепления надо предусмотреть устройство режущего башмака. Грунт вынимают до тех пор, пока колодец не опустится на 2 м ниже поверхности земли. Затем рытье прекращают, устанавливают опалубку и наращивают ствол колодца бетонированием опять как можно выше. «Свежим» стенкам позволяют набрать необходимую прочность в течение 7—10 дней, после чего продолжают углубление шахты. Эти операции повторяют до вскрытия водоносного слоя.
Колодец из бетонных колец
Колодец из бетонных колец в постройке быстрее и удобнее. Лучше всего, конечно, для этой цели использовать кольца заводского изготовления. Однако при необходимости их несложно сделать и самому. Размеры кольца обычно принимают следующими: внутренний диаметр — 0,8–1,2 м, толщина стенки бетонного колодца — 10–12 см (железобетонного — 6–8 см), высота кольца — 0,7–1,2 м. Для сравнения: масса бетонного кольца диаметром 1 м и высотой 0,7 м равна 800 кг, а такого же железобетонного — 500 кг. Это следует взять на заметку.
Опалубку для колец изготовить несложно, при этом ее конструкция выбирается исходя из имеющихся материалов. Очевидно, что опалубка должна представлять собой два разборных кольца из дерева или металла, устанавливаемых одно в другое. Надо также постараться, чтобы боковые стенки бетонных колец после удаления опалубки были как можно более гладкими. Это уменьшит трение о грунт во время строительства колодца опускным методом и снизит вероятность зависания бетонного ствола в шахте. По высоте бетонного кольца устанавливают 5 колец из арматуры с расстоянием между ними 160–200 мм. Вертикальные стержни арматуры размещают через 250 мм. Стержни связывают мягкой железной проволокой, и собранный каркас устанавливают в зазоре между опалубками.
Соединение бетонных колец.
По высоте бетонные кольца обычно соединяют впритык. Чтобы предотвратить относительный сдвиг колец, между ними устанавливают гнутые или сварные скобы из мягкой стали (например, cm. 3) толщиной 5–8 мм, а шириной 50–80 мм.
Соединение бетонных колец в четверть.
Иногда кольца соединяют в четверть (фальцевый стык) (А) либо делают стык в раструб, скашивая ребро четверти (Б). Соединение в четверть и в раструб обеспечивает более высокую плотность бетонного ствола, но при перевозках такие кольца трудно предохранить от скалывания кромок. Кроме того, на каждый стык в этом случае теряется 4–5 см высоты. Поэтому, например, при глубине колодца 20 м и высоте кольца 1 м потребуется дополнительно одно кольцо.
Нижнее бетонное кольцо лучше сделать слегка коническим (расширяющимся книзу) и со скошенной внутрь нижней кромкой, усиленной стальной полосой. При подкапывании дна шахты опускание крепления идет в этом случае легче и надобность в специальном режущем башмаке отпадает. Когда применяют бетонные кольца заводского изготовления, для облегчения проходки шахты нижнее кольцо надо установить на башмак с резцом.
Соединение бетонных колец накладками.
При опускном способе монтажа колец иногда происходит зажим верхней части ствола колодца обрушившимся грунтом, тогда как нижняя может беспрепятственно опускаться. В этом случае после очередной выемки грунта произойдет разрыв оболочки по стыку между кольцами. Это авария, и весьма серьезная. При наличии такой опасности кольца нужно обязательно соединять между собой по высоте, что одновременно устраняет и возможность сдвига колец по горизонтали. Соединение колец производят накладками из полосовой стали длиной 40–60 мм и толщиной 10 мм. Накладки скрепляют скобами, согнутыми из стального прутка диаметром 16 мм, или болтами. Для этого при бетонировании в стенках бетонных колец нужно предусмотреть отверстия. Каждый стык колец соединяют в 3–4 местах равномерно по окружности.
Соединение бетонных колец с помощью стержней.
Более надежным является способ соединения колец с помощью стальных стержней, забетонированных в их стенках. Стержни имеют на концах кольцеобразные загибы, куда и вставляют скрепляющие болты.
Устройство водоприемной части шахты.
Устройство водоприемной части бетонного колодца в принципе аналогично деревянному. Здесь также надо стремиться к тому; чтобы приток воды шел через дно. Когда водоносный пласт состоит из очень рыхлых пород, под нижнее кольцо подводят основание из толстых досок, на который насыпают гравий фильтра. В маломощных водоносных слоях иногда устраивают приток воды через боковые отверстия, которые выполняют горизонтальными (А), восходящими (Б) или V-образными (В). Последнее с внешней стороны засыпают песком или мелким гравием, а с внутренней — более крупным гравием, что должно предохранить колодец от заноса песком.
По мере наращивания ствола шахты швы между бетонными кольцами тщательно заделывают цементным раствором 1: 3. Стыки между торцами колец в пределах водоприемной части следует хорошо уплотнить просмоленной пеньковой веревкой диаметром 10 мм. Это уплотнение укладывается в специальный желобок, отформованный в верхнем торце кольца. Уплотнение зажимается под давлением верхних колец и обеспечивает высокую плотность стыка. Разработку мягкого грунта под шахты ведут от середины. При плотном грунте сначала выбирают грунт под кольцом вдоль ножа, а когда крепление осядет, то вынимают середину. Если погружение бетонных колец остановится вследствие трения о грунт, надо на верхнее кольцо установить платформу с дополнительной нагрузкой.
Для предохранения заноса водоприемника песком используют специальные фильтры, которые устанавливают на растворе в боковые стенки или же формуют такие фильтры непосредственно при изготовлении колец. Наибольшее распространение получили фильтры из крупнопористого бетона, т. е. бетона без мелкого заполнителя (песка). Размеры зерен гравия и щебня для крупнопористого бетона подбирают в зависимости от крупности зерен песка водоносного слоя в соотношении 10: 1. Крупный заполнитель обволакивают сметанообразной смесью цемента с водой, укладывают в форму и слегка трамбуют. На 1 часть цемента (по массе) берут б частей гравия или щебня при В/Ц = 0,3–0,5. Боковые фильтры из крупнопористого бетона сделать несложно, если бетонные кольца самодельные. Для этого у нижнего водоприемного кольца при его формировании делают два пояса высотой 15–20 см не из монолитного бетона, а из крупнопористого. Или же при укладке бетона в опалубку закладывают в шахматном порядке заранее изготовленные из крупнопористого бетона вставки в виде кирпичей. В кольцах заводского изготовления для установки фильтров пробивают в стенках окна.
Если крупнопористая бетонная смесь готовится в бетономешалке, сначала подают воду, затем половину массы щебня и полную массу цемента. После этого догружают вторую половину щебня. Дозировку производят по массе. Бетономешалка при этом должна все время вращаться. Смесь перемешивают в течение 3–7 мин до полного обволакивания отдельных зерен заполнителя цементным раствором, который на поверхности зерен имеет слабый отблеск воды. Готовая к укладке бетонная смесь получается жесткой и рассыпчатой.
Колодцы из бетонных пластин
Иногда колодцы делают из бетонных пластин. Изготовление пластин намного проще, чем колец, так как форма для них очень простая. Прямоугольные и квадратные колодцы из бетонных пластин по внешнему виду походят на деревянные срубовые, только вместо бревен — бетонные пластины.
В сравнении с круглым колодцем, при равновеликой площади сечения в свету, квадратный колодец требует для ствола больше материала примерно на 13 %. Чтобы приблизить расход материала к потребному расходу для круглого колодца, сечение колодца из пластин принимают не квадратным, а шести- или восьмиугольным. Для шестигранного колодца по сравнению с круглым расход материала увеличивается только на 5 %, а для восьмигранного — уже только на 2 %. Можно сэкономить и эти 2 %, сделав пластины кольцевыми. Высоту одной кольцевой пластины делают равной 18 см, ширину — 10–15 см. Среднюю длину кольцевой пластины берут такой, чтобы в одном ряду уложилось 6–8 пластин, составляющих полное кольцо. Очевидно, что форма для изготовления кольцевых пластин будет уже сложнее.
Конструкция бетонной пластины.
Концы пластин для надежного сопряжения в углах отформовывают в лапу. Пластина должна воспринимать изгибающую нагрузку от возможного бокового давления грунта, т. е. работать как балка. Поэтому арматуру в пластине надо расположить ближе к плоскости, обращенной внутрь колодца. Для уменьшения проницаемости стенок бетонного ствола пластины ставят на растворе. Если при строительстве колодца из бетонных пластин пользоваться сваркой, то концы бетонных пластин не надо формовать в лапу, а вместо этого предусмотреть стальные закладные пластины.
В заключение заметим, что с использованием бетона сравнительно легко можно выполнить ремонт деревянного колодца. Сруб, находящийся в водоносном слое, может быть разобран, если это возможно, и заменен бетонными пластинами, а верхняя часть, над уровнем воды, укреплена монолитным бетонированием. Для этого к деревянным стенкам гвоздями крепится арматура, например, в виде сотки, и производится бетонирование с помощью скользящей опалубки или без нее, но уже с набивкой раствора, а не бетона. В этом случае получающийся после твердения материал носит название армоцемента. Прочность армо-цемента высока. Даже в судостроении армоцемент применяют для строительства корпусов судов и для ремонта разрушенной гниением деревянной обшивки. При ремонте очень гнилых деревянных колодцев, когда есть опасность разрушения крепления, колодец засыпают песком и замену крепления производят, как и при строительстве нового колодца, извлекая песок, что, понятно, легче.
Каменные и кирпичные колодцы
Колодцы из естественного камня или кирпича долговечны, не проницаемы для поверхностных загрязнений и удовлетворяют основным техническим санитарным требованиям. Для каменной (бутовой) кладки обычно применяют такие натуральные камни, как сланцы, плотные известняк и песчаники. У этих камней обычно имеются с двух или нескольких сторон плоские участки (постели), а если их нет, такие плоскости легко получить при обработке.
Колодец можно построить и из кирпича, но только из красного и при условии его соответствующего качества. Силикатный кирпич применять нельзя, в земле он быстро разрушается, Каменные и кирпичные колодцы имеют, как правило, круглую форму с внутренним диаметром 0,75—1 м. При такой форме колодца расход материала наименьший. Как и у других колодцев при небольшой глубине, кладка может быть возведена в готовой шахте. Глубокие колодцы строят обычным опускным способом. В этом случае также кладку надо возводить на опорном башмаке, диаметр которого должен немного выступать за внешний диаметр кладки. Башмак можно сделать из дерева или железобетона и снабдить его режущим ножом из стали. Технология строительства в принципе такая же, как из монолитного бетона.
Толщину стенок каменного (бутового) колодца принимают равной 35 см, кирпичного колодца — не менее 25 см. Кладку ведут на цементном растворе состава 1: 3 или 1: 4 в зависимости от марки цемента. С целью экономии цемента может быть применен также и цементно-известковый раствор 1:2:5 (портландцемент— известь — песок).
Бутовый камень для кладки колодца надо подобрать очень тщательно. Необходимо, чтобы ряды были по возможности горизонтальными, чтобы отдельные камни не выступали ни с внутренней, ни с наружной стороны. Промежутки между камнями следует делать как можно тоньше. При этом должна соблюдаться перевязка швов, а камни должны быть обращены к центру колодца узкой стороной (тычком), чтобы грунтом их не выдавило внутрь. Крупные и мелкие камни надо разделить и класть их отдельными слоями — ряд крупных, ряд мелких.
Армирование каменной или кирпичной кладки.
Каменная и кирпичная кладка хорошо сопротивляются сжатию и плохо растяжению. Поэтому в тех случаях, когда встречаются неустойчивые, обваливающиеся породы, а колодец строится опускным способом, крепление шахты необходимо предохранить от разрыва. Это может произойти, когда верхняя часть крепления зажата обвалившимся грунтом, а нижняя — свободна. Устраняют эту опасность армированием кладки стальными анкерными тягами. Их делают из арматурной, круглой гладкой или полосовой стали. Концы анкерных тяг надо хорошо закрепить в кладке — их следует загнуть или приварить к ним зацепы. Площадь поперечного сечения анкерных тяг и их число легко определить расчетом. Для тех, кому произвести такой расчет трудно, посоветуем просто поставить 4–8 анкерных тяг диаметром 20–30 мм и равномерно распределить их по окружности колодца. Анкерные тяги надо пропустить по всей высоте колодца и сделать разными по длине, чтобы их зацепы установились на разных уровнях.
Каменный колодец желательно оштукатурить. Внутри — цементным раствором 1: 2, снаружи — более бедным раствором. Если цемент приходится экономить, снаружи вместо раствора кладку можно просто обмазать жирной глиной. Заглаживание колодца снаружи цементным раствором или глиной делается с целью уменьшения трения при его опускании.
Кладку колодца из кирпича ведут тычком — кирпичи укладывают плашмя веером (по радиусам). Первый ряд кирпича кладут на слой раствора, разостланный на верхней плоскости башмака. Во время кладки надо постоянно следить, чтобы швы были тщательно, заполнены раствором. Следующий ряд кладут также тычком, по смещают кирпичи по окружности с целью перевязки, чтобы вертикальные швы не оказались в одной плоскости. По внешней стороне колодца швы при такой кладке получаются очень широкими, их забивают кирпичным щебнем и замазывают раствором. Надо также стараться, чтобы за стенки колодца не падали кирпичи и щебень, так как они будут сильно мешать опусканию колодца.
Для правильного выведения стенок каменных и кирпичных колодцев применяют шаблон, а вертикальность контролируют отвесом. Для того чтобы в колодец можно было залезть, в его стенки в процессе кладки заделывают стальные скобы.
Водоприемная часть каменных и кирпичных колодцев — традиционная для шахтных колодцев. Строить каменные и кирпичные колодцы лучше несовершенными, т. е. с притоком воды через дно и с обычным гравийным фильтром. В разжиженных водоносных слоях из мелкого песка устраивают сначала дощатый пол под стенками колодца, на который насыпают затем гравийный фильтр. При желании иметь приток воды с боков колодца в кладке оставляют отверстия в виде промежутков между двумя соседними камнями или кирпичами. Такие отверстия делают в водоприемной части на высоте 1–1,5 м. Чтобы происходящее при этом снижение прочности кладки не достигло опасного предела, эти отверстия нельзя размещать друг над другом. Когда водоносный слой представляет собой мелкий песок-плывун, в боковые отверстия придется установить фильтры, например из крупнопористого бетона, которые уже были описаны в разделе «Бетонные колодцы».
Водоприемную часть кирпичного колодца надо оштукатурить изнутри цементным раствором 1: 2. Это предохранит кирпич от разрушения и выкрашивания под воздействием воды.
Назад: Вода в вашем доме
Дальше: Трубчатые колодцы (скважины)
