Закритий дренаж як гідротехнічний спосіб осушення являє собою систему підземних труб для зниження рівня ґрунтових вод. У порівнянні зі зниженням рівня ґрунтових вод мережею відкритих каналів закритий дренаж має ряд відмінностей і переваг [1]:

-     при осушенні закритим дренажем територія не розділяється на окремі ділянки, а являє собою суцільний масив безперешкодний для застосування техніки;

-     відсутність бур'янів на укосах каналів відкритої мережі;

-     при осушенні закритим дренажем досягається оптимальний водно-повітряний і тепловий режим, що сприяє більш високому врожаю с-г. культур, чим при осушенні відкритими каналами.

За даними науки і практики при осушенні території закритим дренажем врожай зернових і овочевих культур підвищується на 10—24%.

Дренажна система складається з регулюючої і провідної частин, що включають дренажні лінії, колектори, сполучення дрен з колекторами, дренажні устя, оглядові колодязі, труби-переїзди, перехідники, перепади і водоприймачі.

Дренаж буває матеріальний і кротово-щілинний. Кротово- щілинний дренаж виконується у виді кротовин чи щілин без кріплення чи заповнення їх яким-небудь матеріалом. Такий дренаж недовговічний, тому він застосовується лише в малорозкладеному торфі, глині.

Матеріальний дренаж характеризується використанням різних матеріалів (каменю, жердин, фашин, дощок, гончарних, бетонних і пластмасових труб).

Кам’яний, фашинний і дерев’яний дренажі мають порівняно невеликий термін служби і вимагають великих витрат праці при будівництві, в даний час майже не застосовуються, а широке поширення одержав трубчастий дренаж, термін служби якого визначається довговічністю матеріалу труб і часом замулення останніх.

Глибина закладення дренажу в осушенні 0,7—1,8м. Відстань між дренами приймається з розрахунку в межах від 10 до 40м.

Найбільше поширення одержав керамічний (гончарний) дренаж. Використовуються гончарні труби довжиною 333 мм діаметром 50—250мм, покладені з зазорами в стиках 1—2мм. Дренажні труби випускаються трьох типів: з циліндричною, шестигранною і восьмигранною зовнішньою поверхнею. Труби діаметром 100—250мм допускається виготовляти довжиною 500мм.

Стики дренажних труб для захисту дренажу від замулення обкладаються волокнистими фільтраційними матеріалами (мохом, склополотном, мінер. ватою, нетканими синтетичними матеріалами).

Для підвищення припливу води до дрени над трубою розташовується дренажне засипання — шар ґрунту висотою 20—25см зі змістом гумусу до 80%, вище якого укладається засипання з ґрунту, .розпушеного в процесі розробки траншеї. Усі регулюючі дрени подають воду в провідну частину системи, примикаючи до неї під кутом 50—90°.

Використовуються також труби дренажні, гофровані, круглого перетини, з поліетилену високої щільності, чотирьох типів, діаметром 50—125мм і пластмасові, дренажні, спіральовиті, що виготовляються з непластифікованого полівінілхлориду. Вони випускаються діаметром 50—125мм із перфорацією від 2 до 3,5 тис. отворів на 1м труби.

Бетонні труби в зоні осушення використовуються мало, лише при визначеному вмісті солей у воді. У противному випадку труби швидко руйнуються через агресивність ґрунтових вод.

У якості захисних і фільтруючих матеріалів (ЗФМ), що захищають дрени від замулення і підвищують водоприймальну здатність дренажу, застосовуються матеріали мінерального, природного і штучного походження: пісок, гравій, щебінь, природні піщані, гравійно-піщані суміші, шлак і інші, об’ємні що не розкладаються ЗФМ, рулонні матеріали різного виду. Фракції грубозернистого піску і гравію при цьому повинні складати відповідно 1,5—3 і 10—25мм, у залежності від розмірів водоприймальних отворів чи дрени інших факторів.

Рулонні матеріали підрозділяються на синтетичні, органічні комбіновані, водопроникні, водонепроникні, зі штучних мінеральних волокнистих матеріалів на основі скла і базальту (склополотно, базальтове полотно і мат, полотна неткані, поліетиленове полотно та ін.).

Технологічний процес складається з основних і допоміжних операцій і підрозділяється на підготовчий, основний і заключний виробничі цикли [3].

Підготовчий цикл включає допоміжні операції по підготовці трас: зрізання рослинності, корчування пнів, збирання пнів і каменів, засипання ям, трасування дренажних ліній (винос проекту в натуру), планування трас дрен і колекторів, доставку, розвезення і розкладку дренажних матеріалів, підготовку пристроїв для дотримання похилу (лазерні або GPS), підготовку машин і механізмів до роботи.

Основний цикл складається з операції риття траншеї з витримуванням проектної глибини й ухилу, укладання дренажних труб із захистом їх від замулення, первинної присипки дренажних ліній гумусним ґрунтом.

Заключний цикл, як і підготовчий, складається з допоміжних операцій по влаштуванню споруд на дренажній мережі, контролю якості дренажних ліній і остаточного засипання траншеї.

Перед початком будівництва дренажу повинні бути виконані підготовчі роботи, основні з який: винос проекту в натуру, підготовка місць для складування матеріалів, збереження й обслуговування техніки, створення запасу основних будівельних і пально-мастильних матеріалів, перебазування техніки.

Запас матеріалів на об'єкті до початку будівництва повинний складати 30—40 % загальної потреби, але не менший двотижневого. У зоні осушення дренажні матеріали зберігаються на об'єкті до їх укладання в заводському упакуванні (контейнери, пакети, мішки і т.д.) У зоні зрошення при використанні спеціального автотранспорту можливі розвезення і розкладка керамічних дренажних труб уздовж трас дрен без проміжного складування.

До складу осушувальної системи сільськогосподарського призначення входять: осушувана територія, водоприймач, огороджувальна, провідна і регулююча осушувальна мережі; захисні дамби обвалування, насосні станції для осушення і зволоження; водоймища; гідротехнічні спорудження, що забезпечують керування водою на осушуваній площі, і експлуатаційні дороги і пристрої.

Будівництво осушувальної системи починається з проведення робіт по регулюванню водоприймачів (заболоченої річки, струмка, балки, яру, озера, водоймища і т.д.). Комплекс земляних робіт по регулюванню річищ водоприймачів складається з наступних будівельних процесів:

-     поглиблення і розширення річища, що забезпечують необхідну пропускну здатність водоприймачів;

-     спрямування річища за аналогією з відриванням магістральних каналів;

-     засипання старорічищ, влаштування перемичок для проїзду машин і їх наступного розбирання;

-     розрівнювання відвалів ґрунту, вийнятого з річища;

-     очищення берм і влаштування лійок для стоку поверхневих вод у водоприймач;

-     будівництво дамб обвалувань.

На важкопрохідній для механізмів місцевості регулювання водоприймачів виконується в зимовий час або в найбільш сухий період року.

Машини і механізми, що виконують земляні роботи із поглиблення, розширення і випрямлення річищ водоприймачів, повинні просуватися від гирла ріки нагору, щоб забезпечити стік води з осушуваної території і поліпшити умови їх роботи.

Попередньо перед регулюванням водоприймачів виконується будівельна (робоча) розбивка траси, зведення лісу, видалення чагарнику, корчування пнів.

Розширення, поглиблення і розчищення водоприймачів, як правило, виконуються одноківшевими екскаваторами з робочим устаткуванням драглайн, плавучими грейферами. На слабких ґрунтах екскаватори працюють на настилах, тобто з щитів із пластин або брусів. При техніко-економічному обґрунтуванні ці роботи можна виконувати земснарядами і землечерпалками, якщо річище ріки не засмічене пнями, стовбурами дерев, великим камінням.

Спрямлення річища водоприймача здійснюється влаштуванням прорізу (прокопів) між звивинами ріки, після чого старе річище засипається ґрунтом, вийнятим із прорізів.

Дамби обвалування зводяться способами, що застосовуються при будівництві насипних земляних гребель. Для влаштування дамб використовуються ґрунти з річища ріки при її регулюванні і з каналів осушувальної системи. Якщо цього ґрунту недостатньо, то дамба насипається з резервів, які закладаються з боку джерела затоплення.

Іноді при проведенні осушувальних заходів у передгірній зоні виникає необхідність у виконанні виправних робіт, тобто у влаштуванні напівзагат, струмененапрямних дамб та інших споруд. Ці споруди змінюють напрям течії води, збільшують питомі витрати і швидкості, попереджають відкладення наносів. Зводяться вони з бетонних плит і блоків, фашин, габіонів з використанням місцевих матеріалів.

Фашина являє собою пучки хмизу, стягнуті через 0,8—1м дротом або вицами. Фашини бувають легкими, виготовленими лише з одного хмизу, і важкими, внутрішня порожнина яких заповнена каменем.

Карабури — особливий вид важких фашин, їхня довжина 6—7м, діаметр 0,7— 1м і виготовляються біля місць їх занурення, на березі ріки, каналу.

Габіон — це дротяний ящик, заповнений камінням. Розміри габіонних ящиків 3×2×1 або 3×1×1 м. Габіонна сітка в'яжеться з оцинкованого дроту діаметром 2,5— 3,6мм з комірками, розмір яких, залежить від крупнисті каміння.

Берегоукріплювальні роботи проводяться для захисту берегів, річищ рік і каналів від розмиву, впливу хвиль, льоду, потоку води. Кріплення може здійснюватися засіванням трави, що дає щільний дерен, одерновкою — суцільний або в клітинку, кам’яно-хмизовою кладкою, що влаштовується за допомогою сипаїв (рис.3.65,а), фашинами і карабурами, що виготовляються зі зрубаних гілок дерев і чагарників діаметром біля комля 4—5см, довжиною не менше ніж 2м (рис.3.65,б), а також мостінням каміння (рис.3.65,в).

При одерновці клітки дерну вкладаються стрічками під кутом 45° до брівки укосу. Розмір кліток у плані від 1×1 до 1,5×1,5м. Клітки всередині засіюються травою. Дернини бувають штучні (25×40см) і стрічкові (25×300см) товщиною близько 6см. Кожна дернина прибивається кілочками довжиною 25—30см. Одерновка ведеться свіжим луговим дерном восени або навесні.

При кам'яному мостінні влаштовується підготовка з щебеню, піску або гравію товщиною 15—20см. Підводні укоси в цьому випадку кріпляться кам’яним накидом і фашинними або хворостяними матрацами.

При важких льодових і гідрогеологічних умовах, в особливо відповідальних випадках застосовуються дорогі типи кріплень: підпірні стінки, залізобетонні плити, шпунтові ряди.

Будівництво дренажу в зоні осушення зі застосуванням керамічних і пластмасових труб здійснюється трьома способами: траншейним, вузькотраншейним і безтраншейним.

При траншейному способі вириваються траншеї шириною по дну 0,5м і більше, у які вкладаються труби з будь-якого матеріалу і будь-яким способом — спеціалізованими дреноукладачами або вручну.

Цим способом будують переважно гончарний дренаж екскаваторами - дреноукладачами.

При вузькотраншейному способі ширина траншеї звичайно не більша ніж 0,25м, що різко скорочує обсяг виїмки ґрунту, але виключає спуск робітників в траншею і вимагає застосування спеціальних машин – вузькотраншейних дреноукладачів.

При безтраншейному способі будівництва прорізається щілина шириною близько 0,2м робочим органом дренажної машини з одночасним укладанням трубки в кротовину, що утворилася. Цей спосіб придатний в основному для пластмасових трубок.

Недоліками вузькотраншейного і безтраншейного способів є складність контролю якості укладання трубок і неможливість усунення дефектів укладання без розкопки ділянок траншеї.

При будівництві гончарного дренажу траншейним способом із застосуванням дреноукладача виконуються наступні технологічні операції: підготовка траси; установка і нівелювання системи дотримання похилу трубопроводу; розвезення і розкладка по трасах дренажних труб; відривання траншеї з заданим ухилом; укладання труб; захист фільтруючим матеріалом і запобіжна присипка рослинним ґрунтом; підключення дрен до закритих колекторів; контроль якості укладання; зворотне засипання дренажних траншей.

Підготовчі роботи починають з розчищення трас для дрен і колекторів від чагарнику, каміння і інших перешкод. Ширина траси повинна бути не менша ніж 5м з обов'язковим плануванням її поверхні. Якщо на трасі зустрічаються знижені місця і можливі застої води, необхідно прорити бічну тимчасову водовідвідну траншею-канал для скидання поверхневих і зниження ґрунтових вод.

По винесеному колекторі і дрені розбивається пікетаж через 20м, що складається з точки і сторожка. Точки встановлюються (у ґрунт забивається дерев'яний кілочок) на рівні землі, а сторожки — висотою 0,5м у літню пору, 1—1,5м – у зимову. В гирлі кожного колектора повинна бути тверда точка з позначенням номера системи. Після розбивки пікетажу підготовляється згідно відомості  виносу проекту в натуру розбивка дренажних ліній.

Ухил при ритті дренажних траншей витримується за допомогою лазерного променя або системи GPS.

Лазерний пристрій, що керує роботою екскаватора-дреноукладача, складається з наступних основних частин: випромінювача, фотоприйомного пристрою у виді фоточутливої голівки, блоку вироблення команд керування і фото рейки (рис.9.1).

1-світловипромінювач; 2-колектор;   3-вісь площини випрмінювання; 5-створ віх завдання курсу;             6-винесена в натуру вісь дрени; 7-віха;  8-фоторейка; 9 - віха, винесена в натуру.

Схема укладання дренажу екскаватором з лазерним покажчиком представлена на рис.9.2. 

Застосування лазерного пристрою при будівництві дренажу дозволяє відмовитися від розбивки пікетажу і визначення висотних відміток кожної дрени. У цьому випадку досить визначити одну відмітку гирла колектора або дрени.

Фоторейка встановлюється на нульовий пікет і служить для швидкої установки робочого органа дреноукладача на проектну глибину на початку траншеї і контролю за роботою машини. При включенні випромінювача і блоку вироблення команд робочий орган екскаватора автоматично заглиблюється на розрахункову глибину. Контроль ухилу вкладених колекторів і дрен може проводитись в процесі роботи екскаватора як звичайним методом за допомогою нівеліра, так і за допомогою фоторейки і лазерного променя.

На об'єкті будівництва дренажу розвозити і розкладати труби по трасі майбутньої дрени можна такими способами:

-     у лінію під час руху транспортного засобу (автотранспорт, тракторні причепи, лижі, волокуші);

-     окремими дрібними штабелями по 30 труб через 10м;

-     у контейнерах до початку траси дренажної лінії.

При останньому способі контейнери з трубами можна поставити на пристосування до екскаватора, звідки труби подають у трубоукладач на спеціальну площадку для наступного укладання в траншею.

Склополотно та інші рулонні ЗФМ перевозяться в закритих транспортних засобах, що захищають їх від руйнування, зволоження й ушкодження.

Екскаватори-дреноукладачі ЕТЦ за один прохід виривають траншею, укладають гончарні труби діаметром до 190мм чи пластмасові труби діаметром до 75мм на глибину 2м, а також захищають дрени від замулення за допомогою стрічкових фільтруючих матеріалів.

При вириванні траншеї від закритого колектора робочий орган екскаватора заглиблюється на відстані від 1 до 2,5м від його осі в залежності від глибини закладення, а при відкритті траншеї від відкритого колектора екскаватор установлюється так, щоб ковшовий ланцюг зависав над укосом колектора без заходу гусениць на брівку.

Первинна присипка шаром пористого пухкого ґрунту 15—25см здійснюється під час укладання труб спеціальними присипками активної чи пасивної дії чи вручну. Ґрунт для присипки не повинен містити каменів та інших включень діаметром більш 5см.

У ґрунтах з прихованою деревиною діаметром більш ніж 8см, наявністю каменів розміром 35см і більше, при глибині закладення дренажу більше ніж 2м та в інших випадках, коли не можна забезпечити умови роботи багатоківшевого екскаватора, дренажні траншеї відриваються одноківшевими екскаваторами (зворотна лопата, драглайн), а іноді плужним каналокопачем.

У процесі вкладки, дренажних труб періодично здійснюється контроль за дотриманням заданого ухилу дрени. Для цього використовуються довгі і короткі візирки, геодезичні рейки і планки з рівнем. Остаточна точність укладання дренажу перед засипанням перевіряється нівелюванням.

При перевірці якості дренажних робіт керуються діючими нормативними документами і проектом. Дрена в плані повинна бути прямолінійною, відхилення від осі траси дрени не повинно перевищувати 1м. На дренажній лінії допускаються місцеві перепоглиблення дна траншеї в межах 1,5—3см у залежності від діаметра труб і на ділянках довжиною не більш 10 м при дотриманні загального ухилу.

Довжина ділянок без нахилу не повинна перевищувати 10м, а взаємний зсув керамічних труб — 1/3 товщини стінки дренажної труби.

Засипання траншеї ґрунтом допускається тільки після ретельного контролю якості укладання дренажу. Це виконують бульдозерами з поворотними відвалами. Ущільнення ґрунту при засипанні траншеї не допускається, у тому числі гусеницями чи колесами трактора.

Укладання пластмасового дренажу безтраншейним способом здійснюються дреноукладачем (рис. 6.3). Дреноукладач, обладнаний пасивним робочим органом безупинної дії, прорізає щілину глибиною до 1,8м і одночасно укладає пластмасові дренажні труби в ґрунтах І—ІІІ групи при вмісті кам'янистих включень діаметром не більш 0,4м і прогребена деревини діаметром не більш 0,1м, забезпечуючи якісний пристрій дренажних ліній на спланованій трасі. Висота чи глибина нерівностей на місцевості не повинна перевищувати 0,2м на довжині 5м, а поперечний ухил траси — 3°.

При дренажі з пластмасових труб до укладання дрен варто побудувати колектори і при необхідності обернути труби захисно-фільтруючими матеріалами.

Влаштування дренажу безтраншейним способом включає наступні технологічні операції: підготовку лінії направляючого троса чи встановлення теодоліта, підготовку дреноукладача до роботи (встановлення бухти на барабан-бухтотримач, подачу труби через напрямні в бункер з випуском на 0,5м), розробку шурфу (приямка); розробку щілини з одночасним укладанням труб; з’єднання дрени з колектором (підготовку з’єднуючої арматури, стикування, захист фільтруючим матеріалом, засипання місця приєднання і трамбування ґрунту); оформлення кінця дренажної лінії (встановлення заглушок).

На початку дрени влаштовується приямок довжиною 4—5м, шириною 0,5м для заглиблення робочого органу дреноукладача. Глибина приямка визначається глибиною закладення колектора з недобором ґрунту 5—10см.

Укладання дрен починається з встановлення дреноукладача на трасу, заглиблення робочого органу в приямок і фіксація труби за колектором. При русі дреноукладача пластмасова труба розвертається з бухтотримача і через бункер надходить у щілину.

До колектора дрена приєднується за допомогою трійників чи через трубу; при цьому пластмасова труба звільняється від утримуючого пристрою, обрізується і стикується з колектором. Місце з’єднання захищається двома шарами фільтруючого матеріалу.

Між собою пластмасові труби з’єднуються муфтами чи вводяться одна в іншу на 25—30см; місце з’єднання перев’язується дротом.

Висота підйому чи опускання робочого органу дреноукладача регулюється на індикаторному пульті з перемикачем на ручне дистанційне чи автоматичне керування (рис. 6.4).

Оформлення кінцевої частини дренажної лінії проводиться до виглиблення робочого органу дреноукладача. Для цього труба обрізається і закривається заглушкою або перегинається і перев'язується м'яким дротом.

При встановленні пластмасового дренажу з відрізків труб на стрілі екскаватора-дреноукладача монтується 2—3 рівних кронштейни чи площадка, на якій укладається 20—30 відрізків з муфтами. Такий дренаж влаштовується звичайним траншейним способом, причому в стійких ґрунтах укладання труб на дно траншеї ведеться вручну двома робітниками.

Контроль якості укладання дренажу проводиться постійно в процесі руху екскаватора за допомогою нівеліра і рейки, закріпленої на дреноукладачу.

Після контрольного нівелювання покладених пластмасових труб варто зробити негайну присипку їх по всій довжині шаром рослинного ґрунту 15—20см. До засипання труб місця всіх сполучень варто захистити фільтруючим матеріалом і засипати в з'єднаннях (із трамбуванням) шаром ґрунту не менше ніж 30см.

У процесі будівництва дренажу необхідно контролювати: відповідність побудованої системи і її частин проекту; якість і комплектність технічної документації; дотримання заданого ухилу (не менш 10% дрен); якість стикування труб (не менше 5% стикових зазорів); якість будівництва дренажних споруд (не менше 50%),