Кирилл Балашов
Водоснабжение и автоматизированные системы полива для чудо-урожая
Существует три типа конструкций бетонных колодцев: колодцы, выполненные из монолитного бетона, колодцы из бетонных колец и колодцы, изготовленные из бетонных пластин.
Строительство колодцев из монолитного бетона производят в полностью готовой шахте путем сплошного бетонирования между двумя опалубками: внешней и внутренней. Изготовление колодца по такой технологии идет значительно медленнее, нежели при использовании бетонных колец. Для индивидуального строительства применение монолитного бетона имеет определенную ценность, так как в этом случае можно обойтись без грузоподъемной техники. При большой глубине колодца финишное изготовление шахты – занятие очень трудоемкое и затратное. В этом случае шахту роют на определенную глубину, потом заливают в опалубку цемент, стараясь вывести его на поверхность земли как можно выше, и постепенно снижают конструкцию по опускной технологии.
Грунт выбирают до тех пор, пока монолитный бетон не опустится на 2 м под землю, после чего наращивают опалубку и снова заливают бетон. Свежие стенки выдерживают в течение 10 дней, чтобы они набрали требуемую прочность, а затем вновь углубляют шахту. Рытье колодца производят до тех пор, пока не дойдут до водоносного слоя.
Колодец, выполненный из бетонных колец, строить быстрее и проще. Для этой цели наиболее подходящими будут кольца, произведенные в заводских условиях. В случае необходимости или же при недостатке финансовых средств их можно изготовить и самостоятельно. Размеры кольца принимают следующими: его внутренний диаметр составляет 0,8–1,2 м, толщина стенки бетонного кольца – 10–12 см, у железобетонного этот показатель составляет 6–8 см. Высота одного кольца – 0,7–1,2 м. У бетонного кольца высотой 0,7 м и диаметром 1 м масса составит 800 кг, у железобетонного при прочих одинаковых показателях – 500 кг.
Опалубку для кольца сделать достаточно легко. Она представляет собой два разборных кольца из древесины или металла, соответственно для наружного и внутреннего диаметров конструкции. Стараются, чтобы боковые стенки колец после снятия опалубки получились как можно более гладкими. Это позволит значительно снизить трение о грунт при опускании колец в шахту, а также предотвратить возможность зависания конструкции.
Вертикально бетонные кольца соединяют впритык. Чтобы не допустить сдвига конструкции, между ними помещают гнутые скобы из мягкой стали толщиной 5–8 мм и шириной до 80 мм (рис. 6).
Рисунок 6. Крепление из бетонных колец впритык
При использовании опускной технологии верхнюю часть ствола колодца может зажать обвалившийся грунт, в то время как нижняя часть конструкции будет свободно опускаться. Из-за этого может произойти разрыв стыков между бетонными кольцами. Чтобы такого не случилось, кольца соединяют друг с другом по высоте, что не допустит сдвига колец по горизонтальной плоскости. Для этого используют специальные накладки из полосовой стали толщиной 10 мм и шириной до 60 мм. Между собой их соединяют скобами или болтами (рис. 7).
Поблизости от водоносного слоя стыки между торцами уплотняют с помощью просмоленной веревки диаметром 20 мм. Такое уплотнение производят перед соединением колец еще рядом с поверхностью – на нижнее кольцо кладут веревку по всей длине окружности торцевой части, а затем зажимают сверху другим кольцом.
Если грунт мягкий, то выбирать на дне шахты его придется от середины. Если твердый, то его выбирают под кольцами, а только потом в центральной части шахты. При погружении бетонных колец конструкция может остановиться из-за трения. В этом случае на верхнее кольцо укладывают дополнительный груз.
Рисунок 7. Соединение бетонных колец
Конструкция водоприемного участка аналогична деревянному колодцу. Здесь стремятся к тому, чтобы вода поступала через дно конструкции. Если грунт рыхлый, под дно укладывают пол из досок и только на него укладывают фильтрующий слой. При маломощном слое приток воды устраивают через боковые отверстия, которые придется проделать в бетонных кольцах.
В бетонных колодцах можно использовать специальные фильтры, которые изготавливаются при заливке самих колец. Чаще всего для этой цели применяют крупнопористые бетоны, в которых не содержится мелкий заполнитель. По такой технологии изготавливают два нижних кольца.
Если сравнивать такую конструкцию с круглым колодцем, расход материала будет больше приблизительно на 13 %. Для уменьшения расходов используют не квадратную форму колодца, а шести– или восьмиугольную. Шестигранный колодец потребует всего на 5 % больше материала по сравнению с круглым, восьмигранный еще меньше – всего 2 %.
В некоторых случаях колодцы производят из бетонных пластин – сделать их еще проще, нежели кольца, так как здесь форма для заливки будет плоской. Прямоугольные и квадратные колодцы, выполненные по такой технологии, по внешнему виду будут напоминать обыкновенные деревянные колодцы, только вместо бревен здесь используются бетонные пластины.
При изготовлении пластины учитывают возможные боковые нагрузки со стороны грунта. Поэтому в конструкции плиты арматуру укладывают ближе к плоскости, которая обращена вовнутрь колодца.
Бетонный колодец проще ремонтировать, чем деревянный. Сруб, находящийся в водоносном слое, можно разобрать и заменить его бетонными пластинами или же с помощью монолитного бетона. Для этого к деревянным стенкам обычными гвоздями крепится арматура – таким образом, чтобы она представляла собой сетку. Далее устанавливают опалубку и в нее уже заливают бетон. Получается армированный бетон с очень высокими показателями прочности.
Каменные и кирпичные колодцы
Колодцы, изготовленные из природного камня или кирпича, очень долговечны, отвечают всем существующим техническим и санитарным нормам, непроницаемы для загрязнений.
Для каменной кладки используют естественные камни, например плотные известняки или песчаники. У этих камней с двух сторон имеются плоские участки. Если же их нет, то их легко получают при первичной обработке материала.
Вполне допустимо изготовление колодца из кирпича. Здесь подойдет только красный кирпич двойного обжига, на нем не должно быть трещин. Он способен хорошо сопротивляться воздействию влаги. Силикатный кирпич в почве очень быстро разрушается.
Конструкции таких колодцев имеют в большинстве случаев круглую форму с внутренним диаметром до 1 м. Как и в остальных случаях, если у шахты небольшая глубина, то кладку можно возводить прямо в ней. Глубокие конструкции тоже возводят по опускной технологии. Только в этом случае кладку возводят на опорном башмаке, который должен выдаваться за пределы кладки на 2–3 см. Башмак делают из древесины или железобетона.
Если колодец каменный, то толщина его стенок составляет 35 см, при использовании кирпичей при строительстве – 25 см. Кладку ведут на цементном растворе, в котором соотношение цемента и песка принимается 1: 3. Здесь можно немного сэкономить материалы без ущерба для качества и долговечности конструкции, вполне допустимо использовать цементно-известковый раствор 1: 2: 5 (цемент – известь – песок).
Бутовый камень подбирают очень тщательно, стараясь возводить ряды таким образом, чтобы они получались максимально горизонтальными. Швы между камнями делают максимально тонкими. Крупные и мелкие камни разделяют и кладут их по очереди: ряд мелких – ряд крупных.
Каменный колодец после завершения кладки желательно оштукатурить. Водоприемный участок конструкции каменного и кирпичного колодцев стандартен для всех шахтных колодцев. Эти конструкции лучше всего делать несовершенными с поступлением воды через дно колодца, с использованием гравийного фильтра. Если водоносный слой беден и возникнет необходимость притока воды с боков конструкции, то в кладке оставляют отверстия в виде небольших промежутков. Чтобы кладка не ослабла из-за такого решения, категорически запрещается делать такие отверстия друг над другом. Водоприемную часть такой конструкции изнутри покрывают слоем штукатурки с соотношением песка и цемента 1: 2. Это способно защитить кирпич от разрушения из-за длительного воздействия влаги.
Когда человек впервые приступает к изготовлению подобной конструкции, главное, что его смущает – придется копаться в узкой шахте на значительной глубине. Если рытье шахты начинается с поверхности земли, а все крепления надежные, то к таким условиям работы можно привыкнуть достаточно быстро.
Конструкция трубчатого колодца
Скважину трубчатого колодца стараются сделать максимально большей в диаметре – 300–350 мм, для того чтобы в случае попадания камней на пути изготовления скважины их можно было извлечь на поверхность, а не дробить непосредственно в забое. Обсадную трубу сначала делают из какого-нибудь подручного материала – вполне подойдут доски или даже кровельная жесть. После того как будут пройдены каменистые слои почвы, скважину начинают пробуривать под основную трубу. Нижний конец трубы доводят до верхней части водоносного слоя, ниже устанавливают еще одну трубу, которая будет выполнять функцию фильтра с отстойником. В зависимости от того, насколько глубоко залегает водоносный слой, конструкция трубчатого колодца может в сильной степени варьироваться, например, в ней может содержаться лишь одна обсадная труба.
Конструкция трубчатого колодца предусматривает элементы, необходимые для дальнейшего подключения насосов для подъема воды на поверхность. Если трубчатый колодец построен правильно, ему обеспечен регулярный уход, то он в состоянии полностью обеспечить водоснабжение участка, а прослужить он может даже дольше шахтного колодца.
Трубчатый колодец вообще не пропускает в себя поверхностные загрязнения. Вода в нем застаиваться не будет, так как водоприемная часть не имеет большого объема. Кроме того, этому способствует автоматический подъем воды на поверхность. Если использовать элементарное бурильное оборудование, то при благоприятных условиях трубчатый колодец изготавливается всего за несколько дней или даже часов. При необходимости можно пробурить скважину на значительную глубину – до 50 м или даже больше.
Горных пород, из которых состоит грунт, очень большое количество, однако для бурения важна не сама структура грунта, а его плотность, твердость и устойчивость. Исходя из этих параметров все грунты можно разделить на несколько основных групп: пластичные, которые способны хорошо резаться и выдавать стружку; твердые – их можно только дробить или колоть; сыпуче-плывучие – крайне неустойчивые, зачастую оползают или осыпаются, структура их такова, что они могут заползать в пробуренную скважину. Под каждый грунт существует три соответствующих типа бурильных инструментов.
В связи с этим перед началом изготовления трубчатого колодца собирают все возможные сведения о составе грунта, слоях, которые придется пройти до водоносного слоя. Гораздо сложнее бурить твердые каменные слои или же грунты, в которых содержатся валунно-галечниковые отложения при их залегании на глубине свыше 10 м. Такие породы очень трудно пройти с помощью самодельных инструментов.
Абиссинский трубчатый колодец
Если каменных пород в грунте нет или же их содержание минимально, при этом водоносный слой состоит из рыхлых пород высокой зернистости и залегает на небольшой глубине (порядка 7 м), проще всего оборудовать абиссинский трубчатый забивной колодец. Главным элементом его конструкции является наконечник из трубы, внутренний диаметр которой может составлять 1,25; 1,5 и 2 дюйма (рис. 8).
Рисунок 8. Абиссинский трубчатый колодец
Такую конструкцию очень легко устанавливать, но, тем не менее, элементарное устройство абиссинского колодца не лишено целого ряда недостатков: в нем используется примитивный фильтр, представляющий собой трубку с проделанными в ней мелкими отверстиями, а максимальная глубина подъема воды – 7 м. Последний момент объясняется устройством заборного насоса, который поднимает воду лишь в результате разряжения, которое создается в трубе, а за счет использования такой технологии столб воды не в состоянии подняться более чем на 10 м.
При необходимости абиссинский колодец может иметь и сетчатый фильтр. Трубу забивают в скважину до тех пор, пока фильтр не войдет в водоносный слой, а уровень воды в самой трубе поднимется примерно на 1 м выше верхнего края фильтра. Тогда прекращают забивать трубы и выкачивают воду до тех пор, пока она полностью не станет прозрачной. Для подъема воды из скважины можно использовать ручные поршневые насосы: БКФ‑4, НР‑3, КР‑4, «Дон», «Урал», «Ноток», НК‑10. Насос как можно более плотно крепят на резьбе обсадной трубы конструкции.
Обсадные трубы
Для этого элемента конструкции лучше всего использовать стальные трубы, особенно если водоносный слой находится на значительной глубине. Стальные трубы гораздо прочнее остальных подобных конструкций. Вполне допустимо применять трубы, выполненные из асбестоцемента, пластика, чугуна или древесины. В единую конструкцию их собирают из элементов длиной по 3–4 м с помощью хомутов или сварки. Способ соединения зависит от диаметра трубы: при внутреннем диаметре 50 мм удобнее использовать хомуты, если же диаметр составляет 100 мм и более, то здесь предпочтительнее сварка. Можно применять муфтовое соединение: в этом случае на каждом конце трубы нарезается резьба, на которую и навинчивается муфта.
Насосы для подъема воды
Чтобы более комфортно пользоваться колодцем или скважиной, применяют разного рода насосы. Правильный насос в состоянии обеспечить нормальное давление воды в поливном водопроводе, к тому же он будет экономно расходовать электроэнергию.
Подобные насосы оснащены одним или несколькими рабочими колесами. Количество их определяется типом конструкции (одноступенчатая или многоступенчатая). По расположению относительно водоносного слоя вихревые насосы подразделяются на две основные группы:
• поверхностные – способные самостоятельно забирать воду; есть конструкции, требующие перед запуском заполнить ротор водой;
• погружные – колодезные и скважинные.
Данные конструкции сильно отличаются друг от друга по своему внешнему виду, методу установки и основным характеристикам.
При индивидуальной поливной системе используют вихревые насосы, основным элементом конструкции которых является рабочее колесо, приводимое в движение за счет электрического мотора.
Поверхностные насосы в большинстве случаев имеют горизонтально ориентированный вал. Их помещают в специально отведенном для них помещении, например в подвале, отдельной комнате сарая и т. д. Подобные насосы забирают влагу из шахты или скважины колодца и под давлением передают ее в поливную систему. Конструкция может функционировать и несколько иначе: подача воды осуществляется не в систему, а в мембранный бак, который играет роль накопителя, оттуда вода уже идет в поливную систему.
Поверхностный насос в своей конструкции имеет также специальную горловину, через которую ротор заполняется водой – это необходимо для образования гидравлического контура. Для самовсасывающих насосов ротор заливают водой лишь перед первым запуском, насосы с обычным всасыванием заливают водой каждый раз, причем последний тип обычно используется в поливной системе для повышения давления.
Поверхностные насосы имеют существенное ограничение по глубине всасывания. По техническим характеристикам, в описании такой конструкции этот параметр указывается равным приблизительно 9 м, но на деле он обычно не превышает 7 м. Поэтому, если вода залегает на большей глубине, то применение подобного насоса становится нецелесообразным.
Погружные насосы выкачивают воду из водоносного слоя при нахождении их значительно ниже, нежели этот слой. В рабочем положении их вал находится в вертикальном положении. Данные насосы имеют корпус, выполненный в форме цилиндра, в котором содержатся рабочие колеса и электродвигатель. Погружной насос подвешивается на стальном тросе, к которому крепится и электрический провод.
Одной из разновидностей погружных насосов является скважинный, или глубинный насос, который способен поднимать воду с глубины до 200 м. Диаметр подобного насоса выбирается в соответствии с диаметром скважины.
На дачных участках обычно применяют поверхностные самовсасывающие или же погружные насосы. Остальные разновидности не слишком популярны из-за своей высокой стоимости, поэтому встречаются достаточно редко.
При выборе конструкции насоса для скважины или колодца принимают во внимание дебит источника воды. Количество забранной воды не должно быть больше производительности водоносного слоя. При этом учитывают суточную норму воды и напор, создаваемый в системе. Очень важную роль здесь играет и тип водоносного слоя: является ли он напорным.
Характеристики насосов
У любых насосов есть две основные характеристики: производительность (она определяет количество воды, которую насос способен вывести на поверхность за единицу времени) и напор, или высота подъема (определяет высоту, на которую насос может подавать воду при имеющейся производительности).
Оба этих параметра тесно связаны между собой: если рабочее колесо будет иметь постоянную частоту вращения, то с увеличением производительности напор заметно упадет. Учитывая эти моменты, выбирают необходимый насос. При выборе также принимают во внимание некоторые индивидуальные требования, например высота подъема воды является фактором, определяющим разницу между уровнем воды непосредственно в колодце и самой высокой точкой водоразбора. Учитывают гидравлическое сопротивление и напор на узлах водоразбора. Эти параметры складываются из линейных и местных потерь. Линейные потери располагаются по прямым участкам труб, а местные – в районе поворотов, переходов с одного диаметра на другой, прочих элементов трубопроводной арматуры. Для средней поливной системы потери составляют 1,5–2 мм водного столба. В точках водоразбора напор должен составлять 3–5 м.
Средняя производительность насоса для стандартного дачного участка должна составлять примерно 2–3 кубометра в час. Если же сделано много точек водоразбора, а также предусмотрен полив значительных площадей, этот параметр увеличивается, его придется рассчитывать в индивидуальном порядке.
Сбор дождевой воды
В разных регионах нашей страны объем осадков различен. При потере примерно четверти влаги в результате испарений, на участке площадью 120 м2 можно собрать до 63 кубометров пригодной к использованию воды. В течение года за счет этой воды можно почти полностью обеспечить потребность приусадебного участка в поливе. Кроме того, использование дождевой воды позволяет меньше забирать воду из грунта, что приносит пользу экологии.
Схема сбора и использования этого ресурса достаточно проста: вода стекает с крыши строения по специальному желобу и проходит через фильтр грубой очистки. Отфильтрованная вода попадает в подземный или надземный резервуар. При установке такой конструкции учитывают только один момент: ее хорошо защищают от воздействия солнечного света, так как в противном случае в воде начнут развиваться водоросли и бактерии. Стараются, чтобы вода в резервуаре все время была прохладной. Из него ее выкачивают насосом и используют для хозяйственных нужд.
В некоторых фирмах можно найти целые системы по сбору и использованию дождевой воды. В такие конструкции входят: поплавковое реле, которое показывает уровень воды в резервуаре; автоматическое устройство для пополнения резервуара из центрального водопровода; разного рода индикаторы.
Применение подобных резервуаров позволяет обеспечить дачный участок водой примерно на 85 % от общей потребности. В этом случае стоимость монтажа системы сбора и полива окупится достаточно быстро.
Объем резервуара выбирается в соответствии с необходимым количеством воды. Слишком большой объем невыгоден, так как в резервуар придется дополнительно доливать воду из поливной системы, слишком маленький не сможет обеспечивать потребность в поливе или же просто не будет вмещать в себя поступающую дождевую воду.
Расчет объема прост: на 100 м2 участка в дачный сезон придется еженедельно тратить до 4 кубометров воды. Полностью собрать дождевую воду не удастся – потери все равно будут.
Оптимальный объем резервуара для воды составляет приблизительно 5 % от количества дождевой воды, собираемой в течение года. Если же расход воды планируется большим или меньшим, то берут объем резервуара, равный соответственно 7 % или 3 %.
Экономические показатели применения дождевой воды в хозяйственных нуждах увеличиваются за счет некоторых хитростей:
• повышение площади сбора воды с помощью оборудования дополнительных площадей крыши водостоками;
• подключение хозяйственных узлов, например туалета или душевой, только к резервуару с дождевой водой.
Собрать такую систему вполне можно и самостоятельно, учитывая все нужды и потребности в расходе воды.
