Різновиди колодязів та їх будова

Колодязь - гідротехнічна споруда для добування грунтових вод, зазвичай представвляє собою вертикальне заглиблення з укріпленими стінками і механізм підйому води на поверхню (відро на мотузці або насос).

Вкрай важливим є вибір місця для влаштування колодязя - рівень та обсяги грунтових вод, як правило, дуже неоднорідні.

Вода, що набрана з колодязя, екологічно чиста, придатна для пиття і має свій неповторний смак. Сам колодязь завжди легко очистити від мулу, змінити насос, завдяки широкому діаметру шахти. Ну і, звичайно ж, колодязь створить романтику та затишок на Вашій ділянці, що так необхідно в сучасному світі [18].

У більшості сіл та містечок без водопроводу криниці є основним джерелом питної води. Криниці переважно поширені на рівнинній частині України через відсутність наземних природних джерел води.

До початку XX століття колодязь робили у вигляді дерев'яного зрубу, частіше дубового. Зазвичай над зрубом встановлювався воріт або журавель для підняття води. Отвір колодязя закривалося кришкою.

Біля колодязів та джерел до початку XX століття робили жертвопринесення, вимовляли клятви, укладали шлюбні союзи [19].

У колодязі джерельна вода не піддається хімічному очищенню, там немає хлору і штучних домішок, які присутні у водопровідній воді.

Що знаходиться в колодязі криниця буває чистіше водопровідної води, в ньому буває менше бактерій і вірусів, які становляться причиною захворювання, але він буває і небезпечним, так як на стан води в колодязі впливає несприятлива екологічна обстановка. Колодязі в яких б'ють джерела, часто харчуються водою верхніх водоймищ. Хімічний склад водойм залежить від дощів, які проходять через брудне повітря, землю і склад колодязної джерельної води змінюється постійно [18].

Грунтові води відрізняються за своїм хімічним складом від верховодки великим вмістом карбонатів, сульфатів і хлоридів кальцію, магнію, натрію, газів і органічних речовин.

Жорсткість - недолік грунтових вод з підвищеним ступенем мінералізації, який перешкоджає використанні її в побутових цілях.

Жорсткими називаються ті грунтові води, які містять велику кількість солей магнію і кальцію. Через жорсткості води утворюється накип у чайниках, швидко зношуються пральні машинки і сантехніка, погано стирається білизна, виникають складнощі при варінні продуктів харчування, вона може бути гіркою або солоною. Якщо природна вода має контакт з крейдяними породами, то вона буде жорсткою, а якщо з гранітними, то м'якою [19].

Колодязь будується із залізобетонних кілець, що забезпечує його міцність та довготривалу експлуатацію. Колодязні кільця, виготовлені в заводських умовах, мають високу якість, проходять постійний контроль міцності. Нижні кільця колодязя додатково герметизуються і зміцнюються, для запобігання їх зміщення і проникнення мулу в колодязь.

На дно колодязя встановлюється донний фільтр, який попереджує замулювання колодязя.

Будівництво можна розпочинати в будь-який момент, але найбільш сприятливий час для копання - це осінь та зима. В цей час сезонний рівень грунтових вод стабільний і не піднімається вище, на відміну від весняного часу, коли починає танути сніг. Рекомендований рівень води в колодязі - не менше двох метрів (два-три підводних кільця), щоб і в літню посушливу пору у Вас завжди була вода [18].

Будівництво колодязя включає наступні етапи:

1. Геологорозвідувальні роботи для визначення складу грунтів на ділянці, рівня поверхневих грунтових вод, глибини залягання водоносного горизонту, придатність води для пиття. Для місцевості, в якій відома глибина водоносного горизонта, ці роботи, як правило, не проводяться.

2. Проходження шахти і монтаж колони колодязя (відкритий та закритий спосіб).
3. Супутні роботи: встановлення скоб, закладення швів, відмостка та інше.

4. Влаштування водяного фільтра в колодязі на рівні дна останнього кільця.

5.Встановлення будиночка на колодязь, зовнішнє облаштування.

6. Підведення води до будинку - встановлення нососного обладнання [20].

Колодязі влаштовують зазвичай на найбільш високому місці ділянки. Існують колодязі шахтні (рис. 2.1), трубчасті та бурові свердловини. Вода в них може бути артезіанська, грунтова, надмерзлотних, межмерзлотних; вона залягає на різній глибині: верховодка на глибині до 4 м, грунтова - до 10м, грунтова - до 40 м і артезіанська - більше 40 м. Грунтові залягають зазвичай на глибині 10-20 м у товщі гра-війно-піщаних порід. Питна вода повинна бути чистою і прозорою, не мати запаху і стороннього смаку.

Пристрій колодязів починають з відшукання води під землею, заготовки матеріалу та інструменту. Рити колодязь слід там, де підземні води залягають неглибоко. У цих місцях, як правило, рослинність соковитіше і яскравіше, зустрічаються болотні і вологолюбні рослини - незабудка хвощ, кінський щавель, рояться комарі і мошкара. Колодязь має найбільший розмір - 0, 8-1, 2 м, що дозволяє при будівництві використовувати звичайну лопату [19].

Рисунок 2.1 - Пристрій шахтного колодязя: 1 - воріт; 2 - спайка;

3 - водовідвідна труба; 4 - зруб; 5 - шар гравію; 6 - глиняний замок;

7 - дощата обшивка оголовка

Шахтні колодязібувають трьох видів: недосконалий, або неповний; досконалий, або повний; вчинений з підствольника (зумпфом) (рис. 2.2). У них розрізняють наступні елементи: оголовок, стовбур - ділянка від низу оголовка до рівня води - і водоприймальну частину.

У недосконалому колодязі кріплення шахти не досягає підстилаючого шару, лежачого нижче водоносного, приплив води можливий через дно і бічні стінки. У досконалому колодязі кріплення досягає водотривкого пласта і спирається на нього, приплив води - в основному через бічні стінки.

Зумпф у скоєному колодязі - додатковий резервуар, що виконується в підстильної водотривкої породі для збільшення запасу води. При висоті водоносного пласта до 2-3 м влаштовують зумпфи, при більшій висоті - намети. Для індивідуального водозабору більш доцільний недосконалий колодязь з припливом води через донний гравійний фільтр, бічні фільтри не дають значного збільшення дебіту і складні у виготовленні. Поперечні розміри шахти бажано виконувати мінімальними з метою економії матеріалів і трудовитрат [18].

Водоприймальну частина недосконалого колодязя зазвичай роблять з донним фільтром з трьох шарів щебеню або гравію з зернами різної крупності: товщина нижнього шару, що знаходиться в контакті з водоносної породою, - 10 см, двох інших - по 15 см. Якщо водоносний пласт сильно розріджений (пливун), а приплив води рясний, влаштовують дощате дно із щілинами, на дошки насипають фільтр з щебеню або гравію.

Рисунок 2.2 – Шахтні колодязі трьох видів: а) недосконалий, або неповний;

б) досконалий, або повний; в) вчинений з підствольника (зумпфом)

Зазвичай колодязь заглиблюють в водоносну породу на 1-2 м. Дно покривають шаром гравію завтовшки 200-300 мм. Оголовок колодязя височіє на 0, 6-0, 8 м над рівнем землі. Навколо необхідно зробити глиняний замок шириною 0, 5 м і глибиною 1-1, 5 м і бетонне вимощення для запобігання від стікання брудної води.

Шахтні колодязі будують з дерева, каменю, бетону, цегли (добірного), керамічних сегментів.

Територію навколо колодязів осушують за допомогою дренажу. Навколо зрубу вибирають грунт на ширину 0, 7-1 м і глибину 2-2, 5 м.

Траншею заповнюють м'ятою жирної глиною і щільно трамбують її, зверху покривають каменем і бетоном, влаштовуючи гідроізоляційний замок [18].

Бетонні колодязі міцні й довговічні, порівняно нескладні у виготовленні. Монтують їх з кілець будь-якого розміру і маси. Якщо дозволяє грунт, можна влаштувати монолітний водойму. Для цього виготовляють одне кільце, поміщають його в водоносний грунт, потім в опалубку опускають бетонну масу - виходить монолітний циліндр.

Бетонні кільця для колодязя можуть бути без замка (прості) і з замком. Щоб перші при монтажі не зрушили, їх скріплюють між собою у 4-6 місцях сталевими скобами. Залежно від глибини колодязя змінюється висота утворюють модулів: від 400 до 1000 мм при діаметрі 800-1000 мм. Товщина стінок може коливатися від 90 до 120 мм. При використанні металевої арматури кільця роблять тонше - від 50 до 90 мм. Маса кожного такого модуля велика, наприклад, залізобетонне кільце діаметром 1000 мм і такої ж висоти товщиною 50 мм важить 380 кг. Для зручності монтажу переважніше елементи меншої маси - висотою від 300 до 500 мм.

Кільця стінові (КС) серії «EUROSTANDART» відрізняються від традиційних вітчизняних тим, що в конструкції перших передбачені спеціальні посадочні місця («замок»), які мають велике значення не тільки для герметизації колодязя, а й виконують функцію центрації та запобігають можливому зміщенню кілець. На сьогодні-ній день компанія KASI виготовляє кільця стінові (КС) серії «EUROSTANDART» з висотою H – 250 мм, 500 мм, 1000 мм та з внутрішнім діаметром D wew – 1000 мм (рис. 2.3).

Залізобетонні кільця армують сталевою арматурної дротом. Для вертикальних стрижнів (4-6 на один модуль) застосовують дріт діаметром 8-12 мм, для горизонтальних переплетень - 6-8 мм. Армуючі кільця розташовують на відстані один від одного 50-80 мм. У кожному перетині каркас скріплюється м'якою (відпалений) дротом товщиною не більше 2 мм. Два діаметрально протилежних вертикальних стрижня арматури повинні утворити вушка, за які модуль піднімають при установці. Нижні кінці їх згинають буквою Г. Після установки кілець на місце вушка спилюють [20].

Для установки кілець риють на можливо доступну глибину шахту, більш широку, ніж зовнішній діаметр кільця. Стінки її зміцнюють, дно вирівнюють. Опустивши перше кільце строго вертикально, зовні його насипають грунт і ущільнюють його. На перше кільце ставлять другий і так далі, поглиблюючи шахту всередині кілець.

Рисунок 2.3 - Кільця стінові (КС) серії «EUROSTANDART»

На (рис. 2.4) – монтажна схема та фото готової конструкції оглядового колодязя, змонтованого з елементів колодязя за європейським стандартом. Конструкція оглядового колодязя включає в себе: камеру колодязя (днище), одне або декілька стінових кілець (КС), конус колодязя, кільце опірне (КО) та люк [19].

Трубчасті колодязі складаються з свердловини, яку виконують шляхом обертального або ударного буріння, що залежить від грунту (рис. 2.5). Найкраще їх заглиблювати на глибину не менше 10 м. Вони вимагають набагато менших витрат часу, матеріалу і праці, в 4-5 разів дешевше шахтних. Воду з них подають насосами. Для обладнання трубчастих колодязів необхідні копер (тринога або вишка), інструменти, труби, фільтри і т.д [18].

Копер складається з трьох колод діаметром 13-18 см завдовжки 8-9 м. Для свердловин великого діаметра копер можна виготовити з 4-х ніг, кінці їх заглиблюють в землю. Висота копра залежить від довжини обсадних труб і глибини буріння.

Бурові ложки використовують для буріння свердловини переважно в стійких легких породах: чистих вологих пісках, глинистих пісках з дрібним гравієм, суглинках і піщанистих глинах. Змійовик (спіральний бур) застосовують для буріння свердловин в глинах і суглинках з вмістом гравію. Долота застосовують для ударного буріння в твердих породах, вони бувають зубильні, пірамідальні, плоскі, хрестові та ін.

Для буріння невеликих по діаметру свердловин глибиною до 30 м можна застосовувати звичайні газові або водопровідні труби, які скріплюють в колони сталевими муфтами. Можна застосовувати сталеві прутки квадратного або круглого перетину, а також стовбури молодих дерев (дуб, ясен, ялина, модрина) для ударного буріння з попередніми зміцненням решт сталлю.

Рисунок 2.4 – Конструкції оглядового колодязя, змонтованого з елементів колодязя за європейським стандартом

Обсадні труби для середнього та глибокого буріння виготовляють із сталі. Вони служать для запобігання обвалів стінок свердловини при проході в нестійких породах, а також для ізоляції водоносних горизонтів з непридатною для вживання водою. Їх з’єднують сталевими муфтами [20].

Зубчастий башмак застосовують для обертального буріння твердих порід.

Спочатку риють шурф, опускають інструмент, бурять, виймають або витягають колону з інструментом за допомогою лебідки або ворота. Чергову штангу нарощують тоді, коли кінець попередньої знаходиться вище рівня землі не більше ніж на 1 м. Через кожні 500-700 мм поглиблення інструменту в породу його витягують для очищення. Бурять свердловину до кінця і, якщо потрібно, ставлять обсадні труби. Коли бурят дрібну свердловину без триноги, зручніше застосовувати короткі штанги довжиною 1-2 м. Штангу з інструментом або обсадних труб направляють в свердловину строго вертикально. Зазвичай двоє обертають бур, а третій перевіряє його вер-тикальність.

Рисунок 2.5 - Трубчастий колодязь: 1- колони обсадних труб; 2 - фільтр;

3 - відстійник; 4 - гирло; 5 - оголовок; 6 - шахта (для установки арматури)

Буріння виконують невеликими поштовхами, обертаючи трубу або бур по ходу годинникової стрілки. Якщо від поштовхів обсадна труба не опускається, її спочатку обертають проти годинникової стрілки, потім по ходу. У міру заповнення свердловини породою осаду труби припиняється. Свердловину треба очищати від породи желонкою.

Зазвичай перший обсадних трубу її не загортають, а забивають. Потім операції чергують: бурят, витягують інструмент, очищають його від породи, вставляють в трубу, бурят, витягують, очищають від породи і т.д.

При бурінні сухих порід ложками або змійовиками перед спуском інструменту в свердловину вливають по 1 л води на кожен прийом. Вода змащує і полегшує обертання інструменту в свердловині. При ударному бурінні після кожного удару інструмент треба повертати на 1/8-1/10 його окружності. Долото над забоєм піднімають залежно від породи на 300-500 мм. Маса інструменту повинна бути 1-2 кг на 1 мм леза плоского долота [19].

Глинисті, тверді і в'язкі породи бурят долотом і желонкою, однією желонкою без клапана або бурової ложкою і змійовиком. Породу за один прийом рихлять на глибину 500-700 мм, потім інструмент піднімають, опускають желонку і видаляють породу. Буріння можна вести без обсадних труб. У разі осипання породи ставлять обсадні труби. У суху глину додають два-три відра води після кожного вилучення інструменту [20].

Фільтри застосовують для фільтрування води, що надходить до насоса. Вони бувають різних конструкцій і довжини. Виготовляють їх з міді або нержавіючих матеріалів, вони можуть бути також з гравію. Дірчастий фільтр без сітки - сталева перфорована труба з круглими отворами діаметром 10-20 мм, просвердленими в шаховому порядку. Загальна площа фільтра повинна становити 20-25 % від поверхні труби. Встановлюють їх у нестійких скельних або великоблокових пухких породах. Діаметр труби - 76, 102, 152 мм, діаметр отворів відповідно 12, 16, 18 мм, відстань між ними - 30, 35, 40 мм.

Щелевой фільтр - сталева труба, на якій прорізають в шаховому порядку прямокутні отвори (щілини) шириною 1, 5-3 мм, довжиною 26-100 мм. Фільтр з дротяною обмоткою - перфорована труба з приварений по довжині опорної дротом діаметром 3-4 мм, на яку навивають сталевий дріт товщиною від 1, 5 до 2 мм так, щоб між витками не було просвітів. Всі кріплять зварюванням. Між трубою і обмоткою залишається простір, рівний товщині опорної дроту.

Сітчастий фільтр - перфорована труба з опорною латунним дротом діаметром 2, 5-3 мм, поверх якої закріплюють сітку. Дріт навивають на трубку по спіралі через 15-30 мм виток від витка. Сітка з червоної міді буває з отворами від 0, 10 до 0, 50 мм, ходовий розмір - 0, 25 мм.

Гравійні фільтри розрізняють двох типів. Перший - засипають гравій у свердловину, другий - опускають дірчасту трубу або сітчастий фільтр, які в міру підйому обсадних труб обсипають гравієм розміром в 10-12 разів більші діаметра водоносного піску. Діаметр фільтрів беруть таким, щоб вони могли вільно опускатися в обсадних труб або свердловину без обсадної труби.

Фільтр повинен опускатися вільно, без обертання. Простір між фільтром і черевиком обсадної колони рекомендується заповнювати однорідним чистим великим піском або дрібним гравієм, який додатково фільтрує воду. По ходу засипки обсадні труби піднімають на висоту фільтра. З часом фільтр може засмітитися, його доводиться промивати, витягуючи з свердловини або обсадних труб [18].

Чистка колодязя необхідна не тільки коли стало відомо про попадання в нього сміття. Набагато ефективніше робити це в профілактичних цілях. Зміст колодязя в чистоті - кращий спосіб підтримувати якість води, її смакові якості і безпека на стабільно високому рівні.

Грунтовна чистка колодязя повинна проводитися хоча б раз в 4-5 років. Вона включає в себе чистку дна, герметизацію швів між кільцями, очистку стінок колодязя від бруду та інших відкладень і інші заходи, які залежать від «занедбаності» конкретного колодязя. Такі роботи повинен виконувати майстер своєї справи, особливо якщо колодязь дійсно глибокий і вимагає грунтовного чищення. Ризик – справа, звичайно, благородна, але не в цьому випадку [19].