Строительство колодцев. Каптажи родников

Рис. 1
Разрез колодца(кликнуть для увеличения)

Рис. 2.
Разрез колодца
из железобетонных колец(кликнуть для увеличения)

Рис. 3.
Шахтный колодец
из железобетонных колец

Рис. 4-1.
Рубка углов колодца
«в обло» («в чашку»).
Простое соединение

Рис. 4-2.
Рубка углов колодца.
Разметка чашки

Рис. 4-3.
Рубка углов колодца.
Вырубка чашки

Рис. 4-4.
Рубка углов колодца.
Вырубка чашки

Рис. 4-5.
Рубка углов колодца.
Разметка паза и вырубка

Рис. 5.
Устройство каптажа
восходящего родника(кликнуть для увеличения)

Рис. 6.
Устройство каптажа
нисходящего родника(кликнуть для увеличения)

Удобно жить в доме, где есть вода, подаваемая централизованно, но не всегда существует такая возможность. Здесь на помощь приходят подземные источники водоснабжения. Применяя водозаборные устройства и специальное оборудование, подземные воды можно «укротить» и использовать индивидуально. С этой целью устраиваются шахтные (наиболее распространенные) и трубчатые колодцы.

Источники водоснабжения

Источниками водоснабжения могут быть поверхностные и подземные воды. Воды почвенного слоя и верховодка (так называемые воды зоны аэрации) питаются главным образом атмосферными осадками и задерживаются на непроницаемых для них водоупорных слоях. Эти воды имеют неустойчивый дебит (количество литров воды в час) и подвержены загрязнению, потому в водоснабжении обычно не используются.

Безнапорные грунтовые воды, связанные обычно с поверхностными водами рек, морей и озер, пополняются атмосферными осадками в некотором отдалении от места их забора и могут служить для хозяйственно-питьевых нужд. Эти воды обладают малым дебитом, также подвержены загрязнению и требуют особого внимания к организации зоны санитарной охраны. Для получения безнапорных грунтовых вод применяют шахтные колодцы, выполняемые из камня, бетона, железобетона, дерева, в которые вода поступает через дно и стенки. Вода в колодцах устанавливается на том же уровне, что и в водоносном слое.

Выбор места водозабора

Выбор места водозабора нецентрализованного водоснабжения имеет приоритетное значение для сохранения постоянства качества питьевой воды, предотвращения ее бактериального или химического загрязнения, предупреждения заболеваемости различными инфекциями, передающимися водным путем. Для выбора места водозабора рекомендуется привлечь соответствующих специалистов, имеющих в своем распоряжении геологические и гидрогеологические данные, а также результаты санитарного обследования близлежащих территорий.

Геологические и гидрогеологические сведения об участке должны включать в себя данные о глубине залегания грунтовых вод, направлении их потока на данной местности, примерную мощность водоносного пласта, взаимодействие этих пластов на соседних участках и с поверхностными водами (река, пруд, ручей, болото и т. п.). В данных санитарного обследования должна быть информация о санитарном состоянии участка и прилегающей к нему территории, о возможных источниках бактериального и химического загрязнения воды.

Место для водозабора выбирается на чистом участке, удаленном не менее чем на 50 метров выше по потоку грунтовых вод от выгребных ям, мест захоронения людей и животных, канализационных сооружений, складов ядохимикатов и т. п. Водозаборы нельзя устраивать в местах, затапливаемых паводковыми водами, в заболоченных местах, а также ближе 30 метров от магистралей с интенсивным движением транспорта.

Шахтные и трубчатые колодцы

Шахтные и трубчатые колодцы являются наиболее распространенными в сельской местности или на садовых участках. Шахтные колодцы предназначены для получения подземных вод из первого от поверхности безнапорного водоносного пласта, залегающего на глубине до 10 метров, реже до 15–20 метров. Облицовка колодца (из камня, дерева, бетона, железобетона) должна быть плотной, хорошо изолирующей колодец от поверхностных стоков. Надземная часть колодца – оголовок (см. рис. 1) – служит для защиты шахты от загрязнения, а также для наблюдения водоподъема и водозабора, и выполняется не менее чем на 0,7–0,8 м выше поверхности земли.

Оголовок колодца должен иметь крышку или железобетонное перекрытие с люком, закрываемым также крышкой. Сверху оголовок прикрывают навесом или помещают в будку. По периметру оголовка колодца выполняется «замок» глубиной до 2 м и шириной до 1 м, из хорошо промятой и тщательно уплотненной глины или жирного суглинка, а также отмостка из кирпича, камня, асфальта или бетона радиусом не менее 1 м с уклоном 0,1 м от колодца в сторону лотка.

Вокруг колодца в целях безопасности устраивается ограждение, а рядом с колодцем должна быть подставка для ведер. Для подъема воды из колодца через шахту применяются бадьи, черпаки, ведра и т. п.

Для устройства деревянного сруба должна применяться древесина только хорошего качества, очищенная от коры, без червоточин и трещин, не пораженная грибком и заготовленная не менее, чем за полгода до ее применения. Венцы надводной части сруба (бревна или брус) выполняются из сосны или ели, а водоприемная часть сруба – из ольхи, дуба или лиственницы.

Водоприемная часть колодца

Водоприемная часть колодца необходима для притока и накопления грунтовых вод, она заглубляется в водоносный пласт для увеличения дебита. Для обеспечения притока воды в колодец в нижней его части выполняют отверстия. На дне колодца устраивается обратный фильтр для того, чтобы грунт не выпирало грунтовыми водами со дна колодца и вода была чистой. Обратный фильтр надлежит выполнять из нескольких слоев песка и гравия толщиной по 10–15 см каждый (общая толщина не менее 60 см). В нижнюю часть фильтра укладывается песок мелких фракций, а в верхнюю – крупных. В колодце следует предусмотреть вентиляционную трубу. Ее выводят на 2 и более метра над поверхностью земли, а верхнее отверстие защищают колпаком с сеткой (см. рис. 2).

Для ремонта и очистки колодца в его стенки закрепляют металлические скобы (лучше из чугуна), располагая их в шахматном порядке на расстоянии 30 см друг от друга. Для подъема воды из шахтных колодцев применяют ручные или электрические насосы, а при их отсутствии устраивают деревянный барабан (ворот) с одной или двумя ручками, ворот с колесом для одной или двух емкостей, «журавль» с бадьей или другой посудиной, по объему равной ведру для удобства перелива из нее воды в ведра.

Очистка колодца

Всякий источник водоснабжения подвержен загрязнению. Грунтовые воды неглубокого залегания загрязняются через почву, неисправности в сетях канализации и по ряду других причин. Для охраны колодца от загрязнения территория вокруг него должна быть благоустроена и озеленена, а сам колодец периодически следует очищать от донных отложений ила и удалять водную растительность.

Если все же в колодец попали сточные воды, фекалии и др., то его необходимо дезинфицировать. Выполняется дезинфекция и в целях профилактики желудочно-кишечных заболеваний по окончании строительства колодца либо после его очистки и ремонта. Для дезинфекции используется хлорная известь. Выполняться эта работа должна специалистами санэпиднадзора.

Очистка колодца проводится через 2 часа после предварительной дезинфекции, затем из него удаляют воду, очищают от посторонних предметов, снимают грязь и иловый налет со стенок шахты. После очистки содержимое вывозят на свалку, либо закапывают в яму глубиной не менее 0,5 м, устроенную на расстоянии не менее 20 м от колодца. Грязь и ил предварительно заливают 10-процентным раствором хлорной извести.

Шахтные колодцы, как правило, обеспечивают большой дебит, т. к. водосбор колодца пересекает грунтовый поток в направлении, перпендикулярном его течению. Чтобы измерить объем воды в колодце, нужно в течение 10 минут откачивать из него воду, после чего засечь время, за которое уровень воды в колодце восстановится.

Расчет можно провести по формуле:

Д=(Вх60):Т ;

где Д – дебит колодца (литр в час),
В – объем воды до откачки (литры),
Т – время, в течение которого восстановился уровень воды, плюс время, в течение которого откачивали воду,
60 – числовой коэффициент.

Утепление колодца

На зимний период колодец необходимо защитить от промерзания. Для этой цели можно использовать чистую прессованную солому, сено и т. п., не допуская их попадания в воду. Категорически запрещается использование стекловаты, минваты и синтетических утеплителей.

При невозможности использования колодца (обрушился сруб, заилились фильтры, колодец обмелел или ухудшились качества воды) придется его ликвидировать, предварительно демонтировав надземное оборудование. С этой целью колодец засыпают чистым грунтом (лучше глиной с утрамбовкой), оставив холмик земли 20–30 см на усадку.

Размеры поперечного сечения сруба зависят от глубины колодца и составляют от 1х1 м до 1,5х1,8 м. Готовый сруб маркируется, а затем опускается в подготовленный котлован.

На рисунке 4 показан один из способов соединения углов сруба «в обло» (или «в чашу»). При устройстве котлована используются временные крепления из досок и брусков. Пазухи между стенками сруба и котлована засыпают глиной, устраивая тем самым водоупорный замок.

Материалом для стен шахтного колодца могут служить бетонные или железобетонные кольца (см. рис. 2 и 3). Для их монтажа применяется опускной метод, т. е. под стенками колец подрывается грунт, и кольца постепенно опускаются на нужную глубину. Для приема воды дно такого колодца засыпается послойно крупнозернистым материалом (песок, гравий) с постепенным увеличением крупности зерен снизу вверх. В боковых стенках бетонных и железобетонных колодцев создают водоприемные отверстия путем закладки в них труб при бетонировании.

При использовании для стенок шахты колодца бутового камня или кирпича водоприемными отверстиями служат не заполненные раствором сквозные швы. При мелкозернистых грунтах водоприемные отверстия в стенках шахтных колодцев целесообразно выполнять воронкообразной или наклонной формы (гравитационные фильтры), заполняя их песком или гравием по принципу обратных фильтров. Такая загрузка не вымывается в колодец.

О качестве воды

Вода должна быть не только чистой и прозрачной, но и не вредной для здоровья, не содержать болезнетворных бактерий. В воде может быть избыток фтора или железа, сероводород, кремнекислоты. Часто подземные источники содержат много солей и обладают значительной жесткостью. Избыток солей удаляется известью, содой, поваренной солью и другими реагентами. При низкой щелочности производится подщелачивание воды. Для удаления из воды органических веществ (разлагающиеся растения или животные, приводящие к появлению в воде болезнетворных бактерий) применяют активированные угли.

В гидросфере Земли находится около 1,5 млрд кубических километров воды, однако 98% – это соленая вода океанов, примерно 2% – вода ледников и полярных льдов, и только 0,06% общего объема – пресная вода суши. Количество подземных вод составляет около 400 млн. куб. км, т. е. около 25% объема воды в океанах. Большая часть этих вод либо минерализована и не может быть использована без опреснения, либо находится на большой глубине.

Примерно 60% населения планеты постоянно испытывает недостаток в пресной воде. Великие цивилизации и культуры древности были всегда обязаны своим расцветом искусству человека добывать воду порой в крайне трудных природных условиях. Первые известные нам водопроводы были построены до нашей эры в Древнем Риме и Греции. В начале н. э. первые водопроводы строились в Крыму и Грузии, в XII веке – в Новгороде, в XII–XVI вв. – в Киеве и Пскове, в XV веке – в Московском Кремле. В XVIII веке в Петербурге был сооружен канал для снабжения водой Зимнего дворца и Летнего сада, а также водопроводы в Петродворце и Царском Селе.

В средние века один житель расходовал 10–15 литров воды в сутки, но к концу XIX века эта цифра возросла втрое, а в наши дни только на хозяйственно-питьевые нужды одного человека расходуется от 150 до 600 литров воды в сутки. С учетом же потребления воды промышленностью и сельским хозяйством суммарный расход воды на одного жителя в сутки достигает более 6000 литров.

Каптажи родников

Подземные воды делятся на напорные (артезианские) и безнапорные. Они могут выходить на дневную поверхность. В таком случае их называют родниками. Выход безнапорных вод именуют нисходящим ключом, а выход напорных вод – восходящим ключом. Ключевая вода отличается превосходным вкусом, высоким качеством и может использоваться для питьевых нужд без очистки.

Для сбора такой воды производится каптаж родников с помощью каптажных камер. Для захвата вод восходящих ключей устраиваются камеры с приемом воды через нижнюю часть камеры. Для увеличения водоприемной поверхности каптаж осуществляется в виде горизонтальных водозаборов, выполняемых из железобетонных, бетонных или керамических труб с круглыми или щелевыми отверстиями. Во избежание вымывания водой частиц грунта в водозаборы их обсыпают фильтрующей песчано-гравийной загрузкой.

Чтобы исключить поступление в водозаборы загрязненных поверхностных стоков, на поверхности земли под водозаборами устраивают глиняную подушку. Простейший горизонтальный водозабор может выполняться из коротких труб с зазорами в местах соединений, из кирпича или бутового камня без применения раствора. Для осмотра и очистки горизонтальных водозаборов через каждые 50–150 м по их длине устраивают смотровые колодцы.

Забор воды из восходящего родника (см. рис. 5) осуществляется через дно каптажной камеры, из нисходящего (см. рис. 6) – через отверстия стен камеры. Если порода, через которую проходит вода, трещиноватая, то в каптажной камере фильтр можно не делать, если же породы рыхлые, устраивают обратный фильтр из песчано-гравийной смеси.

Для защиты камеры от затопления поверхностными водами предусматривают устройство водоотводных нагорных канав, отмостку, а на зимний период для защиты камеры от промерзания ее утепляют. В каптажной камере необходимо предусмотреть переливную трубу (D=100 мм и более), рассчитанную на наибольший дебит родника, с установкой на конце клапана-захлопки, а также вентиляционную трубу, выведенную выше поверхности земли не менее чем на 2 м. Верхнее отверстие трубы защищают колпаком с сеткой.

Для освобождения родника от взвеси каптажную камеру следует разделить переливной стенкой на два отделения: одно – для отстаивания воды с последующей очисткой от осадка, второе – для забора воды насосом. Если вблизи нисходящего родника имеется несколько выходов, то каптажная камера выполняется с открылками.

Каптажные камеры нисходящих родников должны иметь водонепроницаемые стены (за исключением стены со стороны водоносного горизонта) и дно, что достигается путем устройства глиняного замка из мятой и утрамбованной глины. Камеры восходящих родников оборудуют глиняным замком только по периметру стен. Материалом стен каптажных камер может быть бетон, железобетон, кирпич, камень, древесина (ель, сосна, дуб хорошего качества, без коры, червоточин и глубоких трещин, без поражений грибком). Горловина камеры (люк) выводится выше поверхности земли не менее чем на 0,8 м и закрывается крышкой.

Камера помещается в будку либо павильон, а территория вокруг нее огораживается. На водозаборной трубе устраивается кран с крючком для подвешивания ведра. Труба выводится на 1–1,5 м от каптажа, под краном устанавливают скамью для ведер, а для отвода излишка воды на земле у конца водозаборной и переливной труб выполняют замощенный лоток.

Периодически камера должна осматриваться, очищаться и дезинфицироваться. В стену камеры должны быть вмонтированы скобы из чугуна либо в камере монтируется лестница. Вход в каптажную камеру устраивают не над водой, а в стороне, чтобы грязь с обуви не попадала в воду. Люк должен быть достаточной высоты и размеров для обеспечения удобства обслуживания каптажной камеры.

Каптажные камеры обеспечивают накопление необходимых запасов воды для хозяйственно-питьевого водопотребления. Запасы подземных вод могут возобновляться за счет искусственного пополнения водами поверхностных источников (рек, озер и т. п.), но для этого необходимы специальные системы сооружений непрерывного или периодического действия (водозаборы).