, к. ф-м. н, генеральный директор 2Н АКВА Груп»
2H GEOdek® система инфильтрации дождевых, ливневых и дренажных вод, конструкция и технические данные
Системы инфильтрации дождевых, ливневых и дренажных вод - это современные технологии управления поверхностными водами, предлагаемые вместо традиционной системы сбора воды и центрального отвода внешних вод в канализационную сеть.
Цель применения инфильтрационных систем - снизить воздействие градостроительной деятельности человека на круговорот воды и уменьшить затраты. Воздействие таких технических решений системы инфильтрации на экосистему сравнимо с природным распределением ливневых вод. Внедрение таких систем ведет к:
· к естественному круговороту воды в городах и населенных пунктах, точнее приближение к природному круговороту,
· инфильтрации дождевых вод и как следствие орошение поверхности,
· уменьшение отвода дождевых вод через канализацию, причем подобные системы могут как заменять, так и дополнять системы ливневой канализации,
· накоплению дождевых вод с возможностью их последующего использования.
Применение систем инфильтрации ливневых вод позволяет уменьшить канализационные сети и в ряде случаев отказаться от них. При этом уменьшаются расходы эксплуатирующих организаций, затраты на строительство и эксплуатацию объектов.
Основные этапы работы системы инфильтрации: сбор, накопление и просачивание. Для осуществления этих этапов используется специально разработанное оборудование - пластиковые блоки поперечно перекрестной структуры различной жесткости. 2H-GEOdek® предназначены для построения самых разнообразных инфильтрационных систем, в частности, используються для отвода дождевых/ливневых, вод с промышленных и торговых объектов, стадионов, торговых центров.
Блоки GEOdek® обычно устанавливают под газонами, парковыми зонами или автостоянками, где минимально воздействие вибрации, разгона и торможения транспорта (кроме специальных систем GEOdek®, предназначенных для установки под дорогами с интенсивным движением транспорта). Однако, всегда более предпочтительно использовать системы GEOdek® при статической нагрузке.
Система 2H-GEOdek® компании GEA 2H Water Technologies GmbH состоит из специально сконструированных пластмассовых блоков с поперечно перекрестной структурой [1] и аккумулирующей способностью (коэффициент пустотности) более 97%., - см. рис. 1. Для справки, у обычной дренажной системы из гравия и щебня коэффициент пустотности составляет 30-35%.
| Рис.1. Блок - GEOdek® компании GEA 2H Water Technologies GmbH с трубами |
Стандартные размеры блоков 2400 мм x 325 мм x 600 мм (Д x Ш x В).
Длина блока – любой размер менее 2400 мм, ширина с шагом 20 до 600 мм, высота 300 или 600 мм. Блоки могут поставляться без или с поперечными отверстиями, образующими трубы диаметром 100 или 160 мм, которые позволяют движение воды в блоке по его ширине.
Модульная конструкция и семь различных типов механической прочности блоков (от 27 кг/м³ до 65 кг/м³) делают возможным их установку на практически любых ограниченных территориях, имеющих к тому же, различную нагрузку на поверхность. Используя блоки возможно сложить 378 различных вариантов системы инфильтрации, поскольку семь различных типов прочности блоков, имеет три подтипа (без или с поперечными отверстиями, образующими трубы диаметром 100 или 160 мм), 6 классов нагрузки (согласно DIN 1072), а каждый класс нагрузки характеризуется 3 различными размерами блоков. Имея ввиду, возможность комбинировать блоки различной прочности и таким образом экономить на расходах по созданию системы инфильтрации полей фильтрации можно создать бесконечно большое число. Лёгкость блоков, которая облегчает и сокращает время монтажа, сочетается с достаточно большой их жёсткостью, обеспечивающей нагрузки сопоставимые с весом грузового автотранспорта. Соединительные элементы между блоками не требуется.
Оборудование производиться на собственном заводе компании только из оригинального сырья, без использования переработанного пластика. Используются оригинальные компаунды для производства полипропилена. Специальные добавки позволяют производить полипропилен устойчивый к эрозии и воздействию различных микроорганизмов, ультрафиолетовому воздействию, возгоранию и т. д. Наличие семи различных типов прочности блоков ( 27 кг/м³ до 65 кг/м³ ) позволяют комбинировать блоки различной прочности и таким образом экономить на расходах по созданию системы инфильтрации. Сертификаты безопасности TUV NORD (Германия) и BBA номер сертификата 08/4605, гарантируют высокое качество и безопасность использования [4]. Сертификат безопасности TUV NORD подтверждает тридцатилетний срок эксплуатации 2H-GEOdek®, это уникальный продукт на мировом рынке с такими параметрами. Особую прочность блокам придает запатентованная технология изготовления профилей блоков с различной толщиной на концах и в середине профиля, позволяющая создавать блоки с очень большой несущей нагрузкой. Традиционные методы производства профилей для блоков требуют повторного нагревания штампованной полимерной пленки. После нагревания плёнка деформируется (во время глубокой вытяжки). Деформация вызывает натяжение в профиле. Наличие натяжения становится заметным во время повторного нагревания: материал стремится вернуться к первоначальному состоянию ровного покрытия. Этот эффект называется «эффектом памяти материала». В случае воздействия на профили прямых солнечных лучей (например, во время монтажа), высокая температура может вызвать деформацию блоков из-за эффекта памяти материала. При использовании метода 2H таких проблем не возникает, так как формирование профилей производиться сразу после плавки, а это означает отсутствие в них натяжения. 2H-GEOdek® сохраняет свою форму во время установки и эксплуатации.
Компания 2H разработала особый способ сварки профилей блока 2H-GEOdek®, без адгезивных веществ. При использовании данного метода профили сплавляются друг с другом. В зависимости от вида загрузки (например, биозагрузка или 2H-GEOdek®) досварочных швов /м3 обеспечивают соединение профилей без каких-либо растворителей. Такая технология является не только вкладом в охрану окружающей среды, но отсутствие адгезива, также означает отсутствие точек, открытых для гидролиза, который мог бы растворить точки контакта. Долговечность конструкций, собранных по нашей технологии была доказана с помощью испытаний, проведенных аккредитованными лабораториями (TUV и др.) в течение длительного времени.
Расчёты по проектированию системы инфильтрации GEOdek® приведены в работе [2,3].
Для проведения расчетов используется специализированная программа (5).
Следующий важный момент – расчет нагрузок на блоки GEOdek®. Ниже приведенные правила расчета не должны применяться для систем GEOdek®, устанавливаемых под дорогами с интенсивным движением транспорта. На блоки GEOdek® оказывают воздействие три различных вида нагрузки:
- транспортная нагрузка,
- вертикальное давление слоя грунта,
- горизонтальное (боковое) давление грунта.
Транспортная нагрузка
Транспортная нагрузка определяется максимально допустимым весом автомобилей, движущихся по поверхности, а также способом их использования. Для расчета систем GEOdek® можно применять классификации нагрузки в соответствии с правилами DIN 1072 (Германия):
Нагрузка 3/3 применима к системам GEOdek®, располагаемым под частными садами/общественными парками или газонами, где максимальная нагрузка может оказываться тяжелыми газонокосилками, редким транспортом (легковые автомобили или фургоны). Нагрузка 3/3 предполагает максимальный вес единицы транспорта в 3 тонны. Расчётная нагрузка одного колеса равна 10 KN (заднее колесо), оказываемая на площадь контакта шины с поверхностью земли в 200мм x 200мм.
Нагрузка SLW 30 применима к системам GEOdek®, располагаемым под поверхностями с транспортной нагрузкой до 30 тонн в расчете на одну машину. По нормам DIN 1072, расчётный автомобиль в данном случае – это 6-колесный грузовик с давлением одного колеса 50 KN: нагрузка одного колеса передается поверхности земли площадью контакта шины с поверхностью 200мм x 400мм.
Нагрузка SLW 60 применима к системам GEOdek®, располагаемым под поверхностями со значительной транспортной нагрузкой до 60 тонн в расчёте на одну машину. Расчётный автомобиль в этом случае – это 6-колесный грузовик весом 60 при нагрузке одного колеса 100 KN. Нагрузка одного колеса передается поверхности земли площадью контакта шины с поверхностью 200мм x 600.
Рис. 2. Классы нагрузки и допустимые нагрузки по DIN 1072
Передача нагрузки вниз от поверхностного натяжения шина-поверхность земли принята под углом 30°. В соответствии с нормами DIN 1072, можно не учитывать влияние перекрываемых друг друга нагрузок от разных колес. Таким образом, нагрузка колеса на единицу площади уменьшается с глубиной.
Давление верхнего слоя земли
Давление верхнего слоя земли представляет собой совокупный вес грунта, оказывающий давление на систему GEOdek® увеличивающийся с глубиной поля фильтрации.
Воздействие вертикальной и горизонтальной нагрузок на расчётную нагрузку системы GEOdek® продемонстрировано на ниже приведенном рис.3. Из-за уменьшения транспортной нагрузки и увеличения давления слоя грунта с глубиной, оптимальный слой насыпного грунта определяется наименьшей общей нагрузкой на систему GEOdek®.
Рис 3: Рабочая нагрузка на системы GEOdek®
Соответственно, оптимальная глубина верхнего слоя насыпного грунта – 0,65 – 1,0 м.
Несущая способность блоков GEOdek®
Блоки GEOdek® достаточно легкие, при этом они были разработаны с учетом максимальной несущей способности.
Технические данные представлены в табл. 1.
Таблица 1.
Тип блока | GEOdek® Тип A | GEOdek® Тип B | GEOdek® Тип C | GEOdek® Тип D | GEOdek® Тип E | GEOdek® Тип F | GEOdek® Тип G |
Уд. вес, кг/м3 | 27 | 35 | 40 | 45 | 50 | 60 | 65 |
Номинальная прочность 1) | 38,5 | 73.6 | 88,4 | 110,0 | 134,6 | 153,6 | 168,7 |
Номинальная прочность 2) | 14,0 | 23.7 | 31,8 | 40,5 | 50,1 | 69,0 | 83,7 |
1) - Номинальная прочность в направлении основной нагрузки (блок без труб), kN/м2
2) - Номинальная прочность в направлении вторичной нагрузки, kN/м2.
Статический расчёт можно выполнить в соответствии с приведенным ниже рисунком. Этот график сделан с учётом вертикальной, горизонтальной нагрузки земли и транспортной нагрузки. Необходимо отметить, что виды загрузок меньшей прочности можно заменить типом более высокой прочности (например, вместо белых загрузок типа A можно использовать голубые загрузки типа B). Такая замена может оказаться полезной в многослойных системах, сочетающих в себе различные виды загрузок, во избежание случайного использования загрузки не того типа.
Боковая нагрузка
Для многослойных систем очень важно также учитывать боковые нагрузки. Боковое давление приходится на переднюю часть блоков GEOdek®. Расчёты боковой нагрузки включают как силу давления земли, так и силы, оказывающие давление от транспорта. Степень боковой нагрузки зависит от типа почв (т. е., от того, создаётся ли внутренний угол или трение при давлении) и от других параметров.
На рис. 4 показана многослойная система. Для проектирования одно-, двух - или трехслойных систем можно не обращать внимания на лишние слои (снизу вверх). Пример: однослойная система для сада с верхним слоем грунта в 1 метр состоит только из белых блоков типа А.
Рис. 4. Расчёт многоуровневых систем GEOdek® с учётом транспортной нагрузки и структуры уровней.
(Только для статической нагрузки; системы GEOdek нельзя устанавливать под дорожными магистралями с интенсивным автомобильным движением). Расчёт сделан для систем GEOdek® с диаметром отверстий 100 мм.
Блоки GEOdek® помечены разным цветом в соответствии с расчётной нагрузкой:
Белый: Для блоков типа A; 12,5 кг/блок (2400 x 325 x 610), три отверстия: D=100 мм каждое
Голубой: Для блоков типа B; 16,5 кг/блок (2400 x 325 x 610), три отверстия: D=100 мм каждое
Зелёный: Для блоков типа C; 19,0 кг/блок (2400 x 325 x 610), три отверстия: D=100 мм каждое
Ниже приведен пример установки системы инфильтрации на площадке склада компании GEA 2H на заводе в г. Ветриген (6). Вся система была смонтирована за 3 дня, включая под-готовку котлована. На площади 220 м2 было установлено около 300 блоков GEOdek®.
Рис. 4. Установка системы 2H GEOdek®
Литература:
1. 2H GEOdek Storm Water Infiltration. GEA 2H Water Technologies GmbH. REV04/06-2009
2. GEOdek Auslegung E Rev2. GEA 2H Water Technologies GmbH, 2007, p.6.
3. 2H GEOdek - Расчёты по проектированию системы инфильтрации. Журнал, вып.3, 2012.
4. TÜV certificate „Principles, tests and rules for the structural design of GEA-2H infiltration blocks, type F-TKP“. Report No. 2HGD1/2008 by Dr. Ing J. Kegebein, GEA-2H-Water Technologies GmbH, Version 10 dated 17.12.2008. Tested by Dr. Ing. R. Jonas, TÜV-Nord Systems
5. Manual GEOdek® design program. GEA 2H Water Technologies GmbH, May, 2009, p.4
6. Installation of a GEOdek® infiltration system at GEA 2H Wettringen, external storage area. GEA 2H Water Technologies GmbH, 2009
