ВОДООБЕСПЕЧЕНИЕ САДОВО-ОГОРОДНОГО УЧАСТКА

Первое, с чем сталкивается любой садовник-любитель, огородник, — это снабжение участка поливной (и питьевой) водой. Как правило, огороды выделяют, особенно жителям городов, вдали от водопроводной системы. Выход один — добывать влагу на месте. Русские люди во все времена слыли отменными умельцами по устройству колодцев. К сожалению, мастерство это в последние десятилетия стало забываться. Активное развитие садоводства и огородничества на Дону выдвинули эту проблему на повестку дня. Актуальным вопросом стало возрождение ремесла колодезника. Может быть, создание на добровольных началах артелей, кооперативов.

Каковы первые шаги? Прежде всего нужны геодезические знания местности, на которой предполагается рытье колодца; необходимы сведения о подземной воде, о ее залегании. Подземные, или грунтовые, воды образуются преимущественно вследствие проникновения в землю атмосферных осадков и воды из прудов, рек, озер, т. е. открытых водоемов, и называются они инфильтрационными. Возникают подземные воды и в результате конденсации водяного пара из атмосферы внутри грунта, в его порах (наблюдается такое в высокогорных районах, в т. ч. на Северном Кавказе).

В земной коре различные породы залегают массивами — пластами. Водоносной считается та порода пласта, которая способна отдавать воду при вскрытии шахтой. Водоупорной (водонепроницаемой) — та, что не пропускает воду, не отдает ее (практически таких в абсолютном виде не бывает из-за наличия в породах пустот). Хорошей (воздержимся от слова «отличной») водопроницаемостью обладают галечники, гравий, крупные и средние пески, трещиноватые скальные породы. Плохой — глины, невыветрившиеся скальные породы (так называемые водоупорные). Средней — суглинки, лесс, глинистые пески, мергели (полупроницаемые). Каждый пласт породы, будь он водопроницаем или нет, — кровля для пласта нижележащего.

Подземные воды по своим гидравлическим свойствам бывают безнапорными (грунтовыми) и напорными (артезианскими). Воды первого вида наиболее доступны. Они залегают на первом от поверхности земли водонепроницаемом или слабопроницаемом слое. Поверхность их свободная, т. е. давление на ней одинаково с атмосферным. Их уровень в скважинах и колодцах устанавливается обычно на глубине, соответствующей уровню воды в водоносном пласте. Воды же напорные (артезианские) располагаются в водоносном пласте, зажатом водонепроницаемыми кровлей и почвой (подстилающей породой). Вода под большим давлением заполняет все пустоты в водоносном пласте и со вскрытием его шахтой поднимается выше поверхностного горизонта, иначе — фонтанит. Такой уровень ее принято называть пьезометрическим. Фонтанирующий колодец впервые в Европе был пройден во Франции, в провинции Артуа (лат.— Артезиум) в 1126 г.

Нередко, строя колодцы, можно напасть на верховодку — подземную воду, находящуюся на сравнительно небольшой глубине — над водоупорным пластом. В водо-обеспечении ее не применяют, при проходке шахты стараются изолировать ее (просачиваясь через грунт, она не успевает очиститься от загрязнений). Небольшие запасы ее скапливаются и зависят от количества выпадающих осадков, в засушливые периоды и зимой они исчезают.

Приступая к строительству колодца, до этого необходимо провести простейшие изыскания, определить в предполагаемом месте наличие подземной воды, ее качество, выявить глубину залегания и протяженность водоносных пород. Задача облегчается, если по соседству уже имеется аналогичное сооружение. Еще более она упрощается, когда поблизости от выбранной вами площадки располагаются открытые водоемы и действующие колодцы, — достаточно показаний ватерпаса, чтобы примерно рассчитать глубину залегания подземной воды. На значительном расстоянии от открытых водоемов в этих целях понадобится нивелир или барометр-анероид. Скажем, цена деления барометра 0,1 мм, что соответствует разнице в высоте 1 м. Допустим, на уровне земли существующего колодца барометр показывает давление 745,8 мм, а в точке, где вы собираетесь рыть свой, — 745,3. Значит, вам скорее всего придется шахту проходить на 5 м глубже (745,8—745,3=0,5 мм). Учитывая, что цена деления 0,1 мм соответствует разнице в высоте в 1 м, то 0,5 мм: 0,1 мм=5 единицам, исчисляемым в метрах. Разумеется, расчет будет более точным, когда уровень подземных вод практически горизонтален и воды залегают в виде грунтового бассейна. Если же поверхность грунтовых вод с уклоном и представляют собой они поток, то, вычисляя глубину их залегания, берут в расчет этот уклон, применяя метод интерполирования. А надежнее всего — разведочное бурение.

Не закладывайте колодец на расстоянии ближе чем 20—25 м от источников загрязнения — скотных дворов, бань, кладбищ, помойных ям, уборных, навозных куч. Не следует также их устраивать на склонах балок, оврагов, берегов рек, иначе колодцы будут дренировать (забирать) грунтовые воды. В любом случае необходимо разрешение местного Совета и санэпидстанции.

И еще один важный момент: какой колодец намереваетесь стоить — шахтный или трубчатый?

Устройство шахтного колодца. В его конструкции (рис. 1) различают следующие элементы: оголовок; ствол — от низа оголовка до статического уровня воды (того, который устанавливается при отсутствии откачки); водоприемная часть. Шахтных колодцев существует 3 вида: несовершенный, или неполный; совершенный (полный); совершенный с зумфом (подствольником). В колодце первого вида крепление шахты не достигает подстилающего пласта, расположенного ниже водоносного; приток воды осуществляется, через дно и боковые стенки. В колодце второго типа крепят шахту до водоупорного пласта; приток воды — лишь через боковые стенки. Подствольник в совершенном колодце — дополнительный резервуар в подстилающей водоупорной породе, выполняемый для увеличения запаса воды. Помимо зумфа его можно пополнить расширением подводной части в виде шатра. Зумфы рациональнее при высоте водоносного пласта до 2—3 м, а если более, то практикуют шатры. Рассчитывая объем водоприемной части, следует учесть, что запас воды в колодце должен соответствовать суточной потребности в ней, в противном случае она будет застаиваться. В этой связи для индивидуального водозабора больше подходит несовершенный колодец с притоком воды через донный гравийный фильтр. Боковые фильтры сложны в изготовлении и не дают существенного увеличения дебита. Кстати, дебит — это количество воды, притекающей в колодец из водоносного слоя в единицу времени (мин, ч, сутки).

Рис. 1. Устройство шахтных колодцев: а — несовершенный (неполный); б — совершенный (полный); в — совершенный с зумфом; г — несовершенный шатровый

Безнапорный водоносный пласт шахтой несовершенного колодца не рекомендуется проходить более чем на 0,7 его высоты, ибо нижележащая вода не питает обычно его. Закладывают колодец и на меньшую глубину, если суточная потребность в воде ограничена. Этим же руководствуются, выбирая поперечные размеры шахт. Правда, тут все не в прямой пропорции. Увеличение радиуса в 10 раз дает возрастание дебита лишь в 1,5 раза, тогда как расход стройматериалов и трудозатрат заметно значительнее. Исключение представляет лишь тот крайне редкий случай, когда колодец питают восходящие ключи, — дебит более существен.

Водоприемную часть несовершенного колодца чаще всего выполняют с донным фильтром из 3 слоев щебня или гравия с зернами различной величины: толщина нижнего слоя, находящегося в контакте с водоносной породой, — 0,1 м, остальных 2 — по 0,15 м. Зерна каждого верхнего слоя фильтра должны быть в 6—8 раз крупнее зерен нижнего. Когда водоносный пласт представляет собой плывун (сильно разжижен), а приток воды обильный, дно делают дощатое со щелями или просверленными отверстиями. На него насыпают фильтр из щебня или гравия.

Необходимо, чтобы оголовок колодца возвышался на 0,6—0, 8 м над уровнем земли. Вокруг колодца делают глиняный замок шириной 0,5 м и глубиной 1—1,5 м, желательна железобетонная отмостка, предохраняющая от стекания в него грязной воды с поверхности земли.

Крепление шахты бывает из дерева, бетона, железобетона, кирпича и естественного камня. Выполнить его можно 3 способами — возведением его со дна готовой шахты (в случае опасности обвалов эту работу производят только с временным креплением ее стенок), наращиванием его сверху (опускное крепление) и снизу.

Правила техники безопасности во время рытья колодца. Шахту оградить поставленными на ребро досками на расстоянии 0,5—0,7 м от края, а площадку освободить на 2—3 м от устья во избежание падания тяжелых предметов. Прочность каната для подъема бадьи с грунтом испытать на разрыв. Привязывать его к бадье наглухо. При глубине более 6 м необходим второй предохранительный канат. Для рытья глубоких колодцев вороты использовать с вертикальным валом, неглубоких (4—6 м) — горизонтальные. На воротах обязательны зубчатый останов и канатный тормоз. В механических подъемниках с электрическими и другими двигателями в приводе допустимы только червячные редукторы, обладающие эффектом самоторможения. На первичный вал червячного редуктора, несмотря на его способность к самоторможению, необходимо все же установить тормоз, уменьшающий инерционный выбег механизма. Производить осмотр всех подъемных приспособлений перед их пуском, в обеденный перерыв и вечером. Оповещать работающих внизу о подъеме или спуске различных предметов. В случае интенсивного притока в шахту, вредных для здоровья газов наладить постоянное вентилирование. Вместо вентилятора можно приспособить горящую печку, установленную на поверхности, поддувало которой соединить трубой с низом шахты. Утром и после перерывов в работе перед спуском человека в шахту проверять в ней качество воздуха горящей свечой: гаснет она — провентилировать и проверить вторично качество воздуха. При углублении колодца незащищенная креплением часть шахты должна составлять не более 1 м по высоте. Не допускать за стенками крепления значительных пустот, которые могли бы вызвать подвижку и обвал грунта, разрушение крепежа.

В изложении нижеследующего материала были использованы книги В. В. Дубровского и В. Ф. Карпова «Бурение и оборудование мелких скважин для водоснабжения» (М.: Госгеолиздат, 1952), А. М. Борисова (и др.) «Строительство шахтных колодцев» (Сельхозгиз, 1957), Н. Н. Добролюбова «Проектирование и строительство буровых колодцев» (Минск: «Урожай», 19ф4), Б. И. Воздвиженского (и др.) «Разведочное бурение» («Недра», 1979), статья В. Н. Долина «Колодцы» («Сделай сам». 1989. № 1) и др.

Деревянные колодцы. Дерево — наиболее доступный конструкционный материал, применяющийся в строительстве колодцев и сегодня. Не всякая, однако, древесина годится для этой цели. Самая распространенная — дуб, затем — лиственница, вяз, ольха! Первый из перечисленных в надводной части выстаивает 20—25 лет, в подводной — десятки и даже сотни. Береза — соответственно 10 и 5 лет. В надводной части хороша сосна. Изредка сруб делают из ели, она усыхает, покрывается трещинами, быстро загнивает. Осину же вообще следует избегать — она придает воде неприятный запах и горесть, сильно гниет. Совершенно непрактичен в устройстве сруба сухостойный лес — он хрупок, недолговечен. Независимо от породы лес выбирают прямой, крепкий, без плесени и червоточин.

Сечение деревянного колодца лучше всего квадратное, размер сторон в свету — от 0,7 до 1,4 м (обычно же — 1×1 м). На сруб готовят пластины, нарезанные из бревен диаметром 22 см. Или из целиковых бревен 0 15—18 см. Ими достигается высокая плотность стенок колодца. Собирают сруб на поверхности земли перед рытьем шахты.

Рис. 2. Угловое соединение брусьев сруба

И каждый венец его размечают для последующей правильной сборки. Сопряжение бревен в углах сруба — в лапу без остатка с коренным шипом (потемком) или без него. Назначение потемка — уплотнять угол. Венцы соединяют между собой качелями высотой 10 см, по вертикали их ставят вразбежку. В целях исключения возможности отрыва нижних венцов от верхних их скрепляют стальными скобами, сшивают по углам брусками, а посередине каждой стороны — досками.

Сруб можно возводить непосредственно со дна готовой шахты при глубине ее не более 6 м, когда ее стенки не обрушиваются и не вспучиваются, а приток воды несильный. Для этого вырывают шахту на полную глубину с временным креплением стенок; вслед за этим на ее дне устанавливают раму-основание — на ней и собирают сруб. Вместо рамы иногда кладут лежни — бревна, распиленные вдоль, пришивают на них пол и уже на этом основании производят сборку сруба. Его наращивание сверху применяют, когда колодцы превышают 6 м глубиной.

Сначала его устанавливают на основание после отрыва шахты на глубину 3 м и выводят из земли на 3 венца. Затем шахту углубляют, каждый раз подрывая грунт приблизительно на 25 см, начинают под серединой стенок, не трогая углов. Так обходят все стороны сруба, подпирая их кленовыми подкладками. После этого грунт копают в углах, вынимают клины-подкладки и осторожно, равномерно опускают сруб. В рыхлых и сыпучих грунтах он может застрять. Осаживают его в этом случае по верхнему венцу. А не поможет это — из досок и бревен сбивают настил на верхнем конце, на него подвешивают груз в 30—35 т. Когда же и эта масса не в состоянии осадить сруб, его наращивание производят и заканчивают снизу.

Облегчают спуск сруба в шахту тем, что его основание уширяют, а нижнюю часть снабжают режущим ножом — башмаком, изготовленным из железобетона или (лучше) стального уголка. Либо снизу сруба устанавливают ящик без дна. Поперечные размеры последнего больше сруба на толщину его стенок. При глубине 20 м и более, а также твердой породе башмак значительно упрощает водворение сруба в шахту. Если же грунт плотный и колодец не очень глубокий, менее 20 м, наращиваемый сверху сруб можно подвесить в шахте на веревках — он практически не мешает углублять ее. Удобство это достигается при условии, что основание сруба поддерживают на высоте 0,5—1 м от дна шахты. Веревки подводят под каждый угол серединой, а концы несколькими витками закрепляют на раме из бревен, установленных над шахтой. Благодаря зазору (надо лишь чуть потравливать концы веревок на витках, что позволяет в пределах размеров шахты наклонять сруб с целью выверки вертикальности, перемещать от одной стенки к другой и даже поворачивать на некоторый угол вокруг вертикальной оси) сруб опускается сравнительно легко. Максимальную нагрузку, выдерживаемую веревками, определяют простым расчетом. Прежде всего испытывают веревку на разрыв, т. е. исчисляют силу (кг, т), его вызывающую. Введем, как принято в расчетах, коэффициент запаса прочности 0,5 (тем самым ослабим разрывающую силу в 2 раза) и умножим на 8, поскольку каждый угол удерживает 2 конца веревки. Словом, G=8 кР, где: G — максимально допустимая масса сруба, т; к — коэффициент запаса прочности (0,5); Р — усилие разрыва 1 веревки, т. Скажем, веревка порвалась от нагрузки 1 т. Следовательно, G=8×0,5×1 = 4 т.

Наращивание сруба снизу предпочтительно в глубоких колодцах. Особенность этого способа в том, что сруб через каждые 4—5 венцов должен иметь 1 с «пальцами» (2 нижних бревна его делают с концами на 6,4—0,5 м длиннее на каждую сторону). Выступающие за габариты сруба концы закладывают в вырытые в стенках шахты горизонтальные углубления («заклады», «печуры»), домкратами поджимают кверху и подклинивают в этих выемках. «Пальцами» сруб надежно закрепляется в шахте и позволяет допускать длительные перерывы в работе (кстати, невозможные, если применяются другие способы крепления). В рыхлом грунте и плывунах устроить «заклады» прочно не представляется возможным. Шахту проходят наращиванием сруба сверху, когда такие породы известны заранее. При этом ускоренная выемка породы плывуна мешает углублять колодец, ибо на место вынутой тут же появляются ее новые массы, затопляя дно шахты. Плывуны бывают одно- и неоднородными, крупно- и мелкозернистыми, могут содержать в себе обломки твердых пород и сцементировавшиеся массы песка, остаются в покое или приходят в движение под напором воды. Прохождение мощных слоев, особенно под давлением воды, весьма затруднительно, требует мощной отливной техники, а следовательно, и больших затрат. Поэтому, строя шахтные колодцы, плывун стараются пройти, если только он малой мощности, а напор незначительной, да и то медленно. Проходят его, большей частью забивая шпунт (это — переборка, стенка из досок или брусьев, соединенных посредством четвертей или углов; нижние,концы досок шпунтового ряда должны быть заостренными). В случае размещения плывуна сразу над водоносным слоем пройти его можно с помощью внутреннего шпунтового ящика. Шпунт забивают строго по отвесу деревянным обухом (или ручной бабой) на 30—35 см между направляющей и распорной рамами. Удаляют породу, по возможности не обнажая концы досок шпунта. И снова шпунт забивают. Вручную это невозможно, если глубина плывуна превышает 1 м. В таком разе прибегают к помощи копра и скользящей по направляющим чугунной бабы. А в сильно разжиженных плывунах применяют донный ящик с крышкой и режущим стальным башмаком — его опускают на дно шахты и вдавливают вниз, в плывун, используя клинья или домкраты, упирающиеся в брус, который прибит к срубу. Устанавливают домкраты или клинья с двух противоположных сторон ящика. Как только ящик заполнится плывуном, крышку поднимают, породу вычерпывают и отправляют наверх. Одновременно сруб осаживают обухом или нагрузкой. С помощью данного ящика можно пройти промежуточные плывуны, толщина которых — от 0,5 до 1 м. Более мощные, 1—1,4 м, проходят, вбивая у основания сруба ряды косого шпунта длиной 0,7—0,9 м. Нижний ряд такого шпунта закрепляют каждый раз следующим рядом, расположенным выше. После этого косой шпунт укрепляют внутренними срубом или шпунтом с распорками.

Рис. 3: а — сруб, подвешенный в шахте на веревках; б — изоляция плывуна шпунтовым ящиком; в — донный ящик; г — изоляция плывуна косым шпунтом; д — двойной шатер в водоприемной части

Водоприемную часть колодца в плывунах, в особенности когда песок мелок и разжижен, часто выполняют в виде двойного шатра. Вскрыв такой пласт, наращивание сруба прекращают, возводят второй шатер (водосборный), отступив на 0,35-0,4 м от стенок основного. Сборку водосборного (второго) шатра следует вести как можно более тщательно снизу вверх, проконопачивая его мхом и расшивая рейками. Углубляясь, песок из внутреннего шатра забрасывают между стенками, а воду отливают откачивающими средствами. Подчас приходится водоносный пласт с непригодной для полива и питья водой изолировать, пройти его предстоит шахтой. Достигается это с помощью шпунтового ряда досок, забиваемых снаружи сруба. Между срубом и шпунтом оставляют глиняный замок.

Разумеется, все эти рекомендации не предусматривают все возможные варианты шахтопроходки — их, естественно, великое множество, и выбирать нужно тот, который наиболее рационален в тех или иных конкретных условиях.

Колодцы бетонные прочны и долговечны, более других отвечают требованиям санитарно-гигиенических правил (их стенки не пропускают загрязнения вовнутрь). Наконец, бетон прост в изготовлении, технология его заливки тоже не сложна. Ею, само собой, надо владеть, чтобы не допускать просчетов, не сводить к нулю все усилия. Получают бетон путем уплотнения и за счет отвердения смеси, состоящей из вяжущего материала (цемента), воды и заполнителя — мелкого (песка) и крупного (щебня или гравия). На устройство колодца лучше всего подходит портландцемент марки 400 (не ниже), недолго хранившийся (в наибольшей степени его качество теряется в бумажных мешках, пропускающих влагу из воздуха). Цемент, купленный в магазине осенью или зимой и не пересыпанный в надежное укрытие, к лету настолько снижает свою прочность, что изготовлять бетон из него уже нет смысла: он, то замерзая, то оттаивая, будет сыпаться, и колодец быстро разрушится. Из бумажных мешков цемент желательно поместить в железные бочки с плотно подогнанными крышками. Неплохо — ив мешки из синтетической пленки, задерживающей проникновение влаги, которая имеется в окружающем пространстве.

Замешивая раствор, воду брать надо не кислую. Если ее кислотность (рН, определяемая индикаторной бумажкой, изменяющей цвет в зависимости от значения показателя; сделать это можно в любой химлаборатории, в т. ч. и в школьном химкабинете) больше 7, то она — щелочная, меньше — кислая. Кстати, и плотность воды тем выше, чем меньше рН. На бетон употребляют воду с рН не менее 4.

Что касается заполнителя, то он не только сокращает расход цемента, но и значительно улучшает технические характеристики бетона. Наилучший песок — кварцевый, к тому же чаще всего встречающийся. Иные пески (в первую очередь известняковые и ракушечные) необходимо проверить в стройлаборатории на прочность. Состоит песок из смеси зерен различной величины (0,14—5 мм). Бывают они речные, морские и горные (овражные). Зерна речных и морских песков обычно округлой формы, горных — остроугольной. Последнее из перечисленных качеств улучшает сцепление с цементным камнем, но речные и морские пески предпочтительнее потому, что они меньше содержат в себе глины и органических примесей, обволакивающих зерна и не дающих им сцепляться с цементом. А нет речного или морского песка, так можно воспользоваться и горным, предварительно отмыв его, отстояв (содержание в нем глинистых, илистых и пылевидных примесей не должно по массе превышать 3%). Органические (гумусовые) примеси, существенно снижающие прочность бетона, определяют посредством 3%-ного. водного раствора едкого натра—(обрабатывают им навеску песка в соотношении 1:1 по массе и дают отстояться сутки. Присутствие органических примесей обнаруживается тем, что раствор окрашивается: становится темно-желтым, красным или коричневым — значит, песок нужно тщательно промывать.

Гравий (окатанные зерна 3—70-миллиметровой крупности) также различают речной, морской и горный (овражный). Зерна последнего, как и горного песка, остроугольны, сами по себе способны хорошо сцепляться с цементным раствором, зато речной и морской гравий чище. Лучше малоокатанная форма, хуже — яйцевидная, плоха — пластинчатая (лещадная), шириной в 3 раза и более превосходящая толщину. Загрязненный глиной гравий надо промывать. Не рекомендуется гравий, зерна которого крупнее 1/4 части толщины стенки кольца и больше минимального расстояния между стержнями арматуры в железобетоне. Так, если стенка колодца толщиной 100 мм, то можно допускать размер зерен гравия до 25 мм.

Щебень (дробленный до 150 мм камень) в строительстве колодцев чаще всего применяют известняковый и гранитный (кирпичный употреблять в это дело не следует).

Состав бетонной смеси определяют соотношением по массе (иногда — менее точно — по объему) между цементом, песком и гравием (щебнем). За 1 принимают количество цемента. Необходимо также учитывать водоцементное соотношение (В/Ц). Бетонная смесь, которой заполняют стенки колодцев, — 1 (цемент) : 2 (песок) : 3 (гравий или щебень) либо 1:2,5:4; В/Ц — 0,5—0,7. Составляют смесь, основываясь на расходе материалов по массе (кг) на 1 м³ (бетон в утрамбованном виде). Скажем, цемента 300 кг, песка — 750, щебня — 1200, воды — 150, а всего — 2400 кг. С увеличением В/Ц подвижность бетонной смеси возрастает, она легче заполняет форму, но прочность бетона резко снижается. Поэтому выше здесь приведенного (0,7) В/Ц допускать не стоит. Смесь приготовляют в бетономешалках или ручным способом. Если без механических средств (чаще всего так бывает), то сначала смешивают цемент и песок, потом разбавляют водой по В/Ц и перелопачивают. Далее добавляют предварительно смоченные водой гравий или щебень, еще раз перемешивают до получения однородной смеси.

Эту смесь укладывают в форму слоями по 10—15 см и уплотняют трамбовками, пока не появится «цементное молоко». Операция эта имеет немаловажное значение: чем плотнее смесь, тем выше прочность бетона. Самодеятельный мастер, не имеющий вибратора, с помощью которого на строительстве производят уплотнение смеси, может приспособить различные вибрационные механизмы — насос, активатор стиральной машины или распылитель краски. Самодельный вибратор из активатора стиральной машины предложил, например, журнал «Катера и яхты» (1974, № 50). Но умелец и сам может изготовить его, используя собственные возможности.

Рис. 4: а — ствол (крепление) из бетонных колец впритык; б, в — бетонные кольца, соединяемые соответственно в четверть и раструб; г — соединение бетонных, колец скобами и болтами; д — стержнями

Необходимо, чтобы процесс твердения уложенной и уплотненной бетонной смеси, особенно в первые 7—10 дней, проходил без подсыхания и подмерзания, весьма вредных, отрицательно отражающихся на качестве стенок. А в жаркую и ветреную погоду бетон закрывают влажными опилками, иными материалами и в течение дня несколько раз смачивают водой. В случае возможных заморозков бетон утепляют сухими опилками, достаточно слоем в 5 см. Бетон хорошо сопротивляется сжатию, но плохо — растяжению. Поэтому, когда в работе конструкции ожидаются деформации растяжения, бетон армируют железом, обладающим растягивающими свойствами и берущим на себя подобные нагрузки. В целях армирования лучше всего применять специальную сталь с рифленой поверхностью — арматуру периодического профиля, подойдут и любая прутковая либо полосовая сталь, проволока, в т. ч. колючая, лишь бы на ней было как можно меньше ржавчины. Концы гладких стальных прутков загинают или к ним приваривают стальные зацепы. Это чтобы от растягивающих нагрузок арматура не сдвигалась относительно бетона, а работала с ним заодно. Арматура не корродирует в бетоне, создающем щелочную среду, но только когда она не ближе 15 мм к поверхности железобетонного изделия. Существует три типа (железо) бетонных колодцев — из монолитного материала, колец и пластин. Строительство колодца из монолитного бетона ведут обычно в готовой, шахте сплошным бетонированием между двумя опалубками — наружной и внутренней. Сооружение обычно идет медленнее, чем из готовых бетонных колец. Зато можно обойтись без грузоподъемной техники, необходимой для опускания тяжелых колец. Если глубина колодца значительна, рытье и временное крепление шахты становятся весьма дорогими. Чтобы их удешевить, шахту сначала отрывают на некоторую глубину и бетонируют; стремясь вывести крепление над землей как можно выше; далее работу ведут методом опускания, подрывая грунт под стенками колодца и постепенно его осаживая. Облегчают работу тем, что в нижней части бетонного крепления предусматривают устройство режущего башмака. Вынимают грунт, пока колодец не опустится на 2 м ниже поверхности земли. Как только оно окажется на этом уровне, рытье прекращают, устанавливают опалубку и наращивают ствол колодца, бетонируя снова как можно выше. Стенки прочнеют за 7—10 дней. После этого продолжают углубление шахты, повторяя операции до вскрытия водоносного слоя.

Рис. 5: а — железобетонная пластина; б — армирование кирпичных и каменных колодцев анкерными стягами

Если у вас появилась возможность построить колодец из бетонных колец, приобретают их (или делают) следующих размеров: внутренний диаметр — 0,8—1,2 м, толщина стенки — 10—12 см (железобетонной — 6—8), высота каждого — 0,7—1,2 м. Опалубку изготовить несложно. Она должна представлять собой 2 разборных кольца из дерева или металла, устанавливаемых одно в другой концетрично. Боковые стенки бетонных колец после удаления опалубки желательно иметь как можно более гладкие — это уменьшит трение о грунт во время строительства колодца опускным методом и сократит вероятность зависания бетонного ствола в шахте. По высоте бетонные кольца чаще всего соединяют впритык.

Предотвратить их относительный сдвиг можно, установив между ними гнутые или сварные скобы из мягкой стали (Ст. 3, например) толщиной 5—8 и шириной 50— 80 мм. Изредка скрепляют кольца в четверть (фальцевый стык). Либо делают стык в раструб, скашивая ребро четверти. Оба эти способа обеспечивают высокую плотность бетонного ствола, хотя, перевозя такие кольца, трудна предохранить их от скалывания кромок. Кроме того, на каждый стык в этом случае теряется 4—5 см высоты. Так что, если, допустим, глубина колодца 20 м, потребуется дополнительно 1-метровое по высоте кольцо. Расположение арматуры в железобетонном кольце (рис. 4, а) следующее. По высоте бетонного кольца устанавливают их 5 из арматуры с расстоянием между ними 160—200 мм. Вертикальные стержни арматуры размещают через 250 мм, связывают мягкой железной проволокой. Собранный каркас устанавливают в зазоре между опалубками. Лучше, чтобы нижнее бетонное кольцо было слегка коническим (расширяющимся книзу) и со скошенной внутри нижней кромкой, усиленной стальной полосой. Опускание крепления подкапыванием дна шахты производится легче, и надобность в специальном режущем башмаке в данном случае отпадает. Если используют заводские бетонные конструкции, то облегчают проходку шахты установлением нижнего кольца на башмак с резцом. Применяя опускной способ, зажимают верхнюю часть ствола колодца обрушившимся грунтом, а нижняя может беспрепятственно опускаться. В случае выполнения колодезного ствола из бетонных колец в результате очередной выемки грунта произойдет разрыв оболочки по стыку между кольцами — это серьезная авария. Во избежание такой опасности кольца соединяют между собой по высоте (что одновременно устраняет и возможность сдвига их по плоским торцам) накладками из полосовой стали толщиной 5—10 и шириной 40— 60 мм. Скрепляют накладки скобами, согнутыми из стального прутка диаметром 16 мм, либо болтами. В стенках колец (когда их бетонируют) с этой целью предусматривают отверстия. Равномерно по окружности (в 3—4 местах) соединяют каждый стык. Наиболее надежен способ скрепления колец стальными стержнями, забетонированными в их стенках. На концах стержни имеют кольцеобразные загибы, в которые вставляют болты. Постепенно наращивая крепление, швы между бетонными кольцами аккуратно заделывают цементным раствором (1:3). Стыки между торцами колец в пределах водоприемной части колодца уплотняют просмоленной пеньковой веревкой диаметром 20 мм — ее укладывают в специальный желобок, отформованный в верхнем торце кольца, и зажимают под давлением верхних колец.

На дне шахты разработку мягкого грунта ведут от середины. Если же он плотный, то сначала его выбирают под кольцом вдоль ножа: Крепление осядет — вынимают середину. В случае остановки погружения бетонных колец из-за трения о грунт на верхнее кольцо нужно установить платформу с дополнительной нагрузкой. Устройство водоприемной части бетонного кольца сходно с деревянным. Тут, как и там, необходимо добиваться того, чтобы приток воды осуществлялся через дно. Когда водоносный пласт сострит из очень рыхлых пород, под нижнее кольцо подводят пол из толстых досок. И гравийный фильтр насыпают уже на этот пол. Где водоносные слои маломощны, приток воды устраивают и через боковые отверстия (горизонтальные, восходящие или V-образные). Последние с внешней стороны засыпают песком или мелким гравием, с внутренней — более крупным. Это предохранит колодец от заноса песком. И все же лучше будет, когда вы установите на растворе в боковые стенки специальные фильтры. Либо сформуете их, непосредственно изготавливая кольца. Наиболее распространены фильтры из крупнопористого бетона (без мелкого заполнителя — песка). Размеры зерен гравия для него подбирают в зависимости от величины зерен песка водоносного слоя в соотношении 10:1. Гравий обволакивают сметанообразной смесью цемента с водой, укладывают в форму, чуть-чуть трамбуют. Соотношение цемента и гравия или щебня по массе — 1:6. В/Ц — 0,3—0,5. Сделать боковые фильтры из крупнопористого бетона весьма просто, если кольца, конечно же, не заводские. С этой целью у нижнего водоприемного кольца во время его формирования делают два пояса высотой 15—20 см из крупнопористого бетона. Либо, заливая бетон в опалубку, закладывают в шахматном порядке вставки в виде кирпичей, изготовленные из крупнопористого бетона. В заводских же кольцах окна для фильтров пробивать придется в стенках. В приготавливаемую в бетономешалке крупнопористую смесь сначала подают воду, потом 1/2 щебня и полную норму цемента, дозируя по массе.

Затем догружают вторую половину щебня во все время вращающуюся бетономешалку. Смесь перемешивают 3—7 мин — до полного обволакивания зерен заполнителя цементным раствором, который на их поверхности имеет слабый отблеск воды. Получается смесь рассыпчатой и жесткой.

Колодцы иногда устраивают из бетонных пластин. По внешнему виду они своей прямоугольной и квадратной по сечению формой напоминают деревянные срубовые, лишь вместо бревен — бетонные изделия, концы которых, чтобы добиться надежного сопряжения, в углах формируют в лапу (рис. 5, а). Пластина воспринимает изгибающую нагрузку от возможного бокового давления грунта, т. е. работает как балка. В связи с этим арматуру в пластине располагают ближе к плоскости, обращенной внутрь колодца. Уменьшают проницаемость стенок бетонного ствола тем, что пластины ставят на растворе. На квадратный колодец, равновеликий по площади сечения в свету с круглым, расходуется материала на 10—13% больше. Сократить его несколько можно, выбрав сечение колодца из пластин не квадратное, а 6- или 8-угольное, круглое. По высоте кольцевую пластину изготовляют 18 см, по ширине — 10—15. Ее среднюю длину принимают такой, чтобы в 1 ряду уложилось 6—8 пластин. Концы бетонных пластин нет необходимости делать в лапу, пользуясь сваркой. Достаточно при формовке предусмотреть стальные закладные пластины, затем сшить их сварочным аппаратом.

Ремонтируя уже имеющиеся деревянные колодцы, лучше всего воспользоваться бетоном. Так, находящийся в водоносном слое деревянный сруб, если суметь его разобрать, может быть заменен бетонными плитами. А та часть, что над уровнем воды, — укреплена монолитным бетонированием. Как? К деревянным стенкам прибивают гвоздями арматуру (допустим, сетку металлическую) и бетонируют, применяя скользящую опалубку. Можно без нее, но уже потребуется не бетон, а раствор, прочность которого, уже затвердевшего, называемого армоцементом, достаточно высока. Если же деревянный сруб стал слишком ветхим и может разрушиться от вашего «прикосновения», колодец заполняют песком и замену «крепежа» производят, как это можно сделать, строя новый водоисточник, постепенно извлекая песок, будто грунт. Операция эта значительно легче, чем рытье и возведение сруба нового колодца.

Каменные и кирпичные колодцы отличаются теми же преимуществами, что и бетонные. В качестве бутовой кладки применимы сланцы, плотные известняки, песчаники. Если у этих естественных камней не обнаружите с двух или нескольких сторон участки (постели) для плотной кладки, то такие плоскости легко получить обработкой стройматериала. Кирпич в колодцы пригоден только красный (силикатный быстро разрушается), но не тот, что выпускается заводами — стандартный, хрупкий, с множеством трещин. В. Н. Долин («Сделай сам, № 1, 1989) рекомендует выбирать некондиционный заводской красный кирпич, пережженный, неважно даже, что несколько неправильной формы, но плотный, «литой», «спекшийся». Строят каменные и кирпичные колодцы обычно круглыми с внутренним диаметром 0,75—1 м, достигая этим наименьшего расхода материалов. Кладку в колодцах небольшой глубины можно возвести в готовой шахте. Глубокие колодцы строят, как правило, опускным методом, возводя кладку также на опорном башмаке. Диаметр последнего должен немного выступать за внешний диаметр кладки. Делают башмаки обычно из дерева или железобетона, снабжают его режущим ножом из стали. Технологический процесс строительства аналогичен возведению из монолитного бетона. Толщина бутовых стенок принимается равной 35 см, кирпичных — не менее 25. Цементный раствор с песком — 1:3 или 1:4 (в зависимости от марки скрепляющего вещества). Практикуют и цементно-известковый растворе — 1:2:5 (портландцемент — известь — песок). Кладку следует осуществлять аккуратно, горизонтальными рядами, без выступов отдельных камней как с внутренней стороны, так и с наружной. Между камнями промежутки старайтесь оставлять по возможности наиболее тонкими, строго соблюдая перевязку швов, а камни обращая к центру колодца тычком (узкой стороной), чтобы грунтом их не выдавило внутрь. Предварительно рассортируйте крупные и мелкие, тогда их, чередуя, можно класть отдельными слоями. Желательно оштукатурить каменный колодец внутри цементным раствором 1:2, снаружи — более бедным (или обмазать жирной глиной): все это производится с той целью, чтобы уменьшить трение при опускании колодца. Кирпичную кладку ведут тычком. Это значит, что кирпичи кладут плашмя веером — по радиусам. Первый ряд — на слой раствора, на верхней плоскости башмака разосланный. Тщательно заполнять раствором места швов. В следующем ряду кирпичи смещают по окружности в целях перевязки — так, чтобы вертикальные швы не оказались в одной плоскости. По внешней стороне колодца швы выходят широкие. Их забивают кирпичной крошкой, замазывают раствором. Не допускать попадания кирпичей И щебня за стенку колодца — они будут препятствовать его опусканию. Каменные и кирпичные стенки выводят по шаблону, вертикальность их проверяют отвесом.

Поскольку оба вида кладок (и каменная, и кирпичная) обладают существенным сопротивлением сжатию и плохим растяжению, в тех случаях, когда встречаются неустойчивые породы, а строительство колодца ведется опускным методом, необходимо упредить обвал, предохранить от разрыва крепление шахты (авария может произойти, если его верхняя часть зажата обрушившимся грунтом, а нижняя свободна). Предупреждают и устраняют эту опасность, армируя кладку анкерными тягами (рис. 5, б) из арматурной «периодической» стали или, если такой нет, из круглой гладкой либо полосовой. Концы тяг прочно закрепляют в кладке, загнув или приварив к ним зацепы. Сколько и какого сечения нужны поперечные тяги? Достаточно будет 4—8 шт. диаметром 20—30 мм. Подобрав или сделав разными по длине, т. е. добиваясь установления их зацепов на различных уровнях, равномерно распределите тяги по окружности колодца, пропустите по всей его высоте. Не забудьте в процессе кладки заделать в стенки стальные скобы, по которым можно было бы спуститься в колодец.

Строить каменные и кирпичные колодцы предпочтительнее с притоком воды через дно (несовершенные) и с обычным гравийным фильтром. Сначала в разжиженных водоносных слоях из мелкого песка под стенками колодца настилают дощатый пол, насыпают на него гравийный фильтр, и чистота воды, приток ее обеспечены. А хотите, чтобы она текла и с боков колодца — оставьте в кладке отверстия в виде промежутков между двумя соседними камнями или кирпичами на высоте 1—1,5 м в водоприемной части, стараясь не размещать их одно над другим, тем самым не снижать прочности крепления шахты. Когда водоносный слой состоит из мелкого песка-плывуна, в боковые отверстия вставьте фильтр хотя бы из крупнопористого бетона. Водоприемную часть кирпичного колодца штукатурят изнутри цементным раствором 1:2 — это предохраняет стенки от разрушения.

Человек, впервые приступивший к рытью колодца, нередко испытывает боязнь замкнутого пространства. На это можно ответить одним доводом: углубляясь постепенно, привыкаешь к необычным условиям труда, особенно если знаешь, что крепление, тобой воздвигнутое, надежно и выполняются правила техники безопасности. Не исключено, что у некоторых возникнет даже интерес к этой «шахтерской» профессии, а работы ему найдется всегда в стройбригаде по возведению колодцев — источников живительной влаги.

Трубчатые колодцы бывают разных типов — в зависимости от геологических условий их прохождения. Наиболее труднодоступны в отношении источников воды те места, где она залегает, во-первых, глубоко, а во-вторых, под толщей отложений, плохо поддающихся бурению, например, лагунно-галечных или, скажем, горных отрогов (Северный Кавказ). Проходя сквозь «упакованную» крепким суглинком толщу (рис. 6, а), скважину вначале стараются сделать возможно большего диаметра — 300—350 мм: через нее легче поднять камень из слоя в 2 м на поверхность, чем дробить его там. Обсадную трубу на эту глубину (до 2 м) изготовляют из какого-либо подручного материала (кровельная жесть, доски). После того, как минуете тяжелое пространство, скважину можете бурить под основную обсадную трубу. Ее нижним концом опускают до верхней части водоносного слоя, а ниже помещают еще одну трубу — фильтр с отстойником. От вышеописанного трубчатый колодец может отличаться устройством водоприемной части, иметь только одну обсадную трубу — смотря по тому, каковы глубина залегания водоносного слоя, его строение и характер вышележащих пород. В конструкцию некоторых трубчатых колодцев входят элементы оборудования для подключения водоподъемных насосов.

Рис. 6: а — устройство трубчатого колодца при большом количестве валунов: 1 — вспомогательная обсадная труба, 2 — основная обсадная труба; 3 — муфта, 4 — сальник, 5 — сетка, 6 — отстойник, 7 — пробка; 8 — абиссинский колодец; в — установка абиссинского колодца без треноги: 1 — хомут, 2 — блок, 3 — веревка, 4 — баба, 5 — подбабок, 6 — труба, 7 — сетчатый фильтр

Трубчатый колодец достаточно высокопроизводителен, гигиеничен (не пропускает поверхностных загрязнений; вода не застаивается из-за малого объема сборного резервуара), долговечен, а построить его глубиной 25—30, 50 м и более можно за 2—3 дня и даже за несколько часов — в зависимости от буримости пород.

По этой характеристике их условно разбивают на 3 группы: пластичные, способные резаться и давать стружку; твердые, которые могут только дробиться и раскалываться; сыпуче-плывучие, отличающиеся неустойчивостью, осыпаемостью. Исходя из этого практика бурения выработала 3 типа рабочих буровых инструментов. В связи с этим, прежде чем приступать к бурению, важно получить сведения о породах, залегающих до водоносного горизонта.

Абиссинский трубчатый колодец предпочитают другим видам, когда отсутствуют либо попадаются местами лишь твердые (каменные) породы, а водоносный пласт состоит из рыхлых зернистых (песок средней крупности, смесь песка с галькой) и располагается на глубине до 7 м. Главная часть абиссинского колодца — наконечник из трубы внутренним диаметром 1 1/4, 1 1/2 и 2 дюйма и состоит из соответственно продырявленной газовой трубки вроде фильтра и снабженного на конце копьевидным утолщением, а внутри — клапаном в виде шарика (рис. 6, б). Важная принадлежность в строительстве колодца — копер, т. е. легкий железный треножник, и баба. Приступая к делу, устанавливают треножник на выбранном месте колодца, навинчивают наконечник на газовую трубку, на нее надевают бабу, которой заколачивают трубу в землк). При желании абиссинский колодец нетрудно сделать с сетчатым фильтром (об их устройстве и технологии изготовления см. далее). Подъем воды с глубины более 7 м осуществляется с помощью погруженного в нее насоса или эрлифта.

С. И. Дудников (журн. «Лесное хозяйство». 1959. № 4.) знакомит с упрощенной технологией (без копра) пробивки абиссинского колодца. Роют шахту 0,8×0,8×1 м. Присоединив к фильтру трубу, на нее свободно надевают бабу в 25—30 кг. На трубе на расстоянии 1 м от фильтра болтами укрепляют стальной хомут — подбабок, состоящий из 2 половин. А выше его на 1—1,5 м устанавливают второй хомут с 2 блоками. Ставят в центре шахты подготовленную для забивки трубу. Шахту заполняют грунтом и утрамбовывают его. Затем приступают к забивке абиссинского колодца, поднимая бабу за веревки и опуская. Баба, ударяя по нижнему хомуту, заглубляет трубу. А по мере этого подбабок и хомут с блоками передвигают вверх по трубе. Заглубив первую трубу, навинчивают следующую и т. д. Забивая, следят, не появилась ли вода в трубе. С этой целью в трубу опускают на шнуре отрезок трубки (небольшой длины), в соприкосновении с водой издающий характерный хлопок. Загонку труб продолжают до тех пор, пока фильтр не погрузится в водоносный слой и уровень воды в трубе не будет стоять на 0,5—1 м выше верхнего края фильтра. Подъем воды из абиссинского колодца на высоту до 7 м осуществляют поршневыми насосами БКФ-4, НР-3, КР-3, КР-4, «Дон», НК-10, «Урал», «Поток» и др. Ручной насос плотно закрепляют на резьбе или на фланцах непосредственно на обсадной трубе.

Бурение скважин — одна из самых трудоемких операций по устройству трубчатых колодцев.

Ручное ударно-вращательное бурение применимо при прохождении скважин максимальным диаметром 200—250 мм и глубиной до 70, а то и до 100 м. Бурение в этих случаях ведут вращением различных буров, в твердых и сыпуче-плывучих породах — дроблением специальными долотами и станками, подсоединяемыми (те и др.) к стержням — буровым штангам, которые соответственно вращают руками или попеременно поднимают и сбрасывают в забой. Для проходки пластичных пород (глины и их смеси с песками) наиболее приспособлен ложковый бур. Это — полуцилиндр, свернутый из листовой стали (можно ст. 3) с левой отогнутой режущей кромкой (если смотреть сверху). В полости цилиндра порода удерживается за счет сжатия и прилипания — в связи с этим продольную щель между кромками для более сыпучих пород делают более узкой. Ложка захватывает породу вертикальной и нижней режущими кромками. Нижнюю часть ложки устраивают по-разному. Варианты самодельного исполнения (рис. 7, а, б) известны по технической литературе («Сделай сам». 1989. № 1, например) следующие: низ ложки представляет собой ковшеобразный резец; с левой стороны он сделан в виде резца, а с правой — поперечного выступа, между этими отгибами можно пропустить сверло по металлу и приварить его к телу ложки. И то и другое несложно, если вы располагаете возможностью нагреть металл до пластичного состояния. Изготавливают ложки из трубы, термическое упрочение режущих кромок необязательно. Особенность ложковых буров состоит в том, что их корытообразный корпус обычно смещают на некоторое расстояние от оси вращения. Так, у бура со сверлом ось нижнего сверла и ось вращения штанги должны совпадать, а ось тела ложки надо сместить на расстояние е (эксцентриситет), равное 10-15 мм. Подобный бур, вращаясь в скважине, своей продольной режущей кромкой будет вырабатывать в породе скважину большего диаметра, чем у ложки. Это нужно, чтобы свободно проходили обсадные трубы, внутренний диаметр которых чаще всего приходится брать больше наружного диаметра ложки. Объясняется это тем, что в случае возможных обвалов стенок бурение и закрепление скважины обсадной трубой ведут одновременно. И ложка при этом должна проходить в обсадную трубу. Забираемую в забое скважины ложкой породу извлекают на поверхность вместе с инструментом. Углубляется скважина за 1 бурку ложкой, как правило, на 30—40 см.

Pиc. 7. Буры: а, б — ложковые (а — с ковшеобразным резцом, б — с отгибами и сверлом), в — змеевидный бур

Режущий инструмент умельцы нередко изготовляют в виде простого бурава — стального диска с вырезанным узким секатором и отогнутыми кромками. Его достоинства, правда, невысоки. Им можно бурить в пластичных, необваливающихся породах. Но им допускается искривление ствола скважины, так как бурав легко уходит в сторону. Частично это устраняется установкой выше бура центрирующего пояска. Однако есть не менее существенный недостаток: им невозможно добиться уширения скважины для обсадной трубы.

Плотные глины и суглинки эффективно проходить змеевиковым буром. Змеевик похож на бурав по дереву. Его нижнее режущее лезвие (непременно закаленное) напоминает по форме ласточкин хвост. Змеевик действует подобно штопору: вращаясь, он ввинчивается в породу. Во время подъема бура порода удерживается на его винтовых лопастях. В процессе работы змеевик приподнимают на несколько сантиметров через каждые 1,5—2 оборота буровых штанг, отрывая его от основного массива породы. Иначе усилие подъема будет велико и штанги порвутся. Самому изготовить такой змеевик непросто, легче в самодеятельном бурении воспользоваться отрезками винтовых шнеков от сельхозмашин. Взяв часть шнека, к низу его с 3—4 витками приваривают сверло по металлу (можно конический штырь), с тем чтобы центрировать бур в забое, а сверху — отрезок трубы для соединения со штангами.

Бурение плотных глин и суглинков кое-кто осуществляет рыболовными ледовыми бурами.

Проходку твердых пород и валунно-галечниковых отложений обычно производят буровыми долотами. Иногда, если необходимо, скажем, вырабатывать уширенную скважину, доступную для прохода обсадной трубы, их также делают эксцентричными по отношению к оси шейки. На долота идут закаливающиеся стали У 10, 45, 65Г, 40ХН и др. Закаливают их до твердости зубила на высоту до 25 мм. Угол заострения лезвия может быть различным — в зависимости от крепости пород: если мягкие, то 70—80° (2-гранный угол), твердые и вулканические — 110—130°. Форма долот — тоже смотря какой буримости порода. Когда она твердая, долото желательно плоское (зубильное), еще потверже — двухтавровое и с Z-образным лезвием, твердая трещиноватая — крестовое с 2 пересекающимися под прямым углом лезвиями (это препятствует его заклиниванию) или (в случае прохождения валунно-галечных отложений) скругляющее, обеспечивающее правильную округлость скважины (эксцентричное разрабатывает ее большего диаметра, чем размер лезвия) или (при необходимости раздробления небольших валунов либо отодвигания их в сторону в забое) — пирамидальное, в форме клина. В домашних условиях изготовить их чрезвычайно сложно (ковка в штампах из цельной заготовки, сварка приводят к тому, что шов получается хрупким, а кузнечно-прессовым оборудованием, закрытыми печами, восстановительной атмосферой, специальной технологической оснасткой располагают не все даже мехмастерские). Что же, проблема неразрешима? Выход из затруднительного положения находят в том, что либо фрезеруют долото из цельной заготовки (далеко не всем это по возможностям), либо варят его из мягкой стали (тогда оно служит сравнительно короткий срок)с твердоплавной наплавкой режущих кромок, либо изготовляют его составным (корпус варят из мягкой стали, а режущую часть набирают из таких зубильных лезвий, которые кузнец смог бы прогреть, вручную отковать и закалить) — такое способно разрабатывать скважину диаметром 250 мм.

Корпус составного долота (рис. 9, а) вырезали кислородным резаком (без механической обработки, кроме незначительной зачистки на наждаке) из стальной пластины толщиной 40 мм. Сверху к корпусу электросваркой приварена шейка с целью соединения со штангами. Снизу просверлены 4 глухих отверстия (∅ 20 мм), чтобы вставлять зубильные лезвия. Кроме того, 4 сквозных боковых (∅ 12 мм), предназначенных для цилиндрических клиньев, зажимающих зубильные лезвия (аналогичными закрепляются шатуны у велосипеда). Зубильное лезвие в состоянии отковать квалифицированный кузнец из заготовок (инструментальная сталь У 10), предварительно выточенных на токарном станке. Затем лезвия закрепляют в отверстиях цилиндрическими клиньями, нарезанными из стального прутка (∅ 12 мм). Клиновые лыски на этих деталях можно произвести напильником. Вставные зубильные лезвия — отковать не из точеных заготовок, а, например, из изношенных пальцев тракторных гусениц. Смонтировать зубильные лезвия в корпусе можете также по-разному — в линию, крестообразно, змейкой и т. д., приблизив форму долот к описанным выше классическим образцам. Все это легко сделать в одном корпусе, лишь зубильные лезвия меняя. Лезвия долота (б) — из куска листовой рессоры, обрезанной кислородным резаком в размер. Умельцы-отпустили их, просверлили отверстия и установили на заклепках (горячая клепка) в корпус, подготовленный сваркой из нарубленных стальных пластин. Для долота (в) лезвием послужили отрезки (толщина 36 мм) отличной стали от гильотинных ножниц, которыми рубят листовой металл. Формой это долото, применяющееся в проходке валунно-галечных отложений, в какой-то мере воспроизводит долото скругляющее. Всякий раз, когда вы поднимаете долота из забоя на поверхность, следует тщательно осматривать их, своевременно производить заточку, а может быть, и замену. Кстати, если на вашем» пути вглубь попался валун, не обязательно долбить его в забое до выведения долота из строя. Упоминавшийся уже В. Н. Долин рекомендует использовать различные приспособления-вылавливатели — «пауки», вилки с 3—4 стальными зубьями («кошки»). На глубине 10 м эффективность показал сачок — отвальный стальной пруток (приваренный к штанге) с мешком и «гарпун» — заостренный стальной стержень с приваренной на конце под углом острой пластиной. Вылавливали валуны следующим образом. «Гарпуном» выворачивали из окружающего плотного суглинка, предварительного размоченного водой, и закатывали в сачок. Поднять наверх труда не составляет.

Рис. 9. Составные самодельные долота: 1 — клин, 2 — вставное лезвие, 3 — заклепка

В Придонье, где породы в большинстве своем рыхлые, сыпучие, обломочные (пески, гравий, галечник, ил), наполненные водой, в качестве режущего инструмента неплохо показала себя желонка. Можно сказать даже, что она популярна здесь. Поэт из поселка Багаевско-го А. Азовский в. шуточном «огуречном романсе» «Желонки звон» писал: «Я куплю обсадные трубы, и тогда уж поверят мне, что имеются жизнелюбы на багаевской стороне». Желонка между тем — это довольно нехитрое изделие, отрезок трубы длиной 2—3 м (до 4), снабженный внизу башмаком, с клапаном, вверху — устройством крепления к штанге (рис. 10, а, б). Клапан обычно выполняется плоским из стальной пластины с уплотнением резиной, кожей или без него. Если желонка небольшого диаметра, то клапан шариковый. Сбрасываемый в забой башмак желонки врезается в породу, которая приподнимает клапан и входит в трубу. Как только желонку поднимают, клапан захлопывается и удерживает содержимое (породу). На поверхности желонку очищают, поворачивая ее вверх клапаном с помощью спецустройства, позволяющего не отсоединять ее от штанги. Не стремитесь делать общую высоту желонки подлиннее, достаточно 1 м. И хорошо, если она (рис. 10, в) с боковым окном: через него можно рукой (пальцами) дотянуться до клапана и чистить желонку, не переворачивая. Назначение косынок и конуса в верхней части желонки — чтобы, поднимая, не зацепить ее за обсадную трубу. Буровыми штангами могут послужить в случае неглубокого, до 25 м, бурения газовые трубы (∅ 42 и 48 мм), длину отдельных звеньев которой берут 5 м, предварительно осмотрев сварные швы (плохо проваренные легко расходятся во время бурения от скручивающих нагрузок). Соединять штанги нежелательно обычными водопроводными или газовыми муфтами из-за их непрочности и недостаточной длины. Лучше изготовить специальные муфты большей длины, бочкообразной формы, с гладкими концевыми внутренними проточками. В них концы свинчиваемых штанг должны плотно заходить своими ненарезанными частями (рис. 11, а), с тем чтобы уменьшить опасные изгибающие нагрузки в концевых сечениях штанг, ослабленных резьбой. Процесс соединения-разъединения штанг значительно ускоряет коническая резьба, но ее нанести далеко не просто. И, если придется все же цилиндрической резьбой, то нарезают ее (во избежание перекоса) на штангах на токарном станке или клуппом с направляющей втулкой. Штанги с перекошенной резьбой при свинчивании будут располагаться не соосно, а это приведет к вихлянию всей буровой колонны, особенно заметному, когда ее длина превышает 10 м.

Рис. 10. Колонки: а — с плоским клапаном; б — с широким; 1 — труба, 2 — отбивной штифт, 3 — клапан, 4 — ось, 5 — башмак, 6 — ограничитель; в — самодельная желонка: 1 — ударная штанга, 2 — окно, 3 — клапан, 4 — башмак

Существуют и другие способы скрепления штанг — на фланцах, штифтами с помощью соединительных втулок или патрубков (из труб меньшего диаметра). Но то и другое ненадежно вследствие небольших даже погрешностей в установке фланцев на сварке и люфта во втулках, устранить которые невозможно.

Рис. 11: а — муфта; б, в — принадлежности для штанг: б — подкладная вилка, в — форштуль; 1 — серьга, 2 — щеколда, 3 — траверса

Поднимая и спуская штанги в скважину, развинчивая их по 2 или по 3 звена (колена) — «столбами», последние следует удерживать в вертикальном положении, чтобы не гнулись, а сняв, прислоняют к опоре (стене, вышке), их нельзя класть на землю. В «столбах» («свечах») штанги соединяют цилиндрическими резьбами. А «свечи» между собой — обычно коническими. (В старину из-за неимения нужных труб изготовляли штанги из дерева — тонкоствольной ели, лиственницы, ясеня, дуба, куски которых схвачены были внахлест болтами. Правда, деревянными штангами с металлическими наконечниками бурили на малую глубину — с ∅ скважины до 3 дюймов — и только ударным способом.) Свинчивающиеся и развинчивающиеся штанги висят в скважине на подкладной вилке (рис. 11, б), опираясь на нее муфтой (рис. 11, а). Этому же, а также для подъема и спуска штанг в скважину служит фарштуль (рис. 11, в). Он состоит из серьги, надетой своими ушками на цапфы массивной траверсы с вырезом (он закрывается откидной щеколдой — собачкой, заградительной планкой или шпилькой) посередине, позволяющим пропускать рабочие штанги: заведенная в фарштуль, она садится муфтой на края этого выреза. Вращают штанги в скважине накидным хомутом, нередко выполненным из дерева и стягивающимся шпильками.

В процессе работы случаются неполадки и аварии, в результате которых в скважине остаются те или иные детали (чаще всего оторвавшиеся штанги). Извлекают их оттуда ловильным инструментом (рис. 12). Если предметом, который нужно вытащить, является штанга, то применяют ловильный винт (метчик), закаленный, конической формы. Его нижний конец свободно входит в отверстие штанг. Продольные канавки его предназначены для стружки, образующейся от прорезывания винтом стенок штанги трубок. Бывает, отверстие оторвавшейся части занято и конец ловильного винта в него не входит или оторвавшийся рабочий инструмент с шейкой вообще из сплошного металла (например, обсадная труба) — тогда лучшим средством будет ловильный колокол. Упавшую штангу с муфтой наверху ловят «счастливым» крюком, легкий предмет — штопором, т. е. спирально согнутой стальной пластиной (полосой) с резьбовым хвостиком наверху: опускают в скважину на штангах, и при вращении вместе с породой в него захватывается ранее сорвавшаяся вещь. Чтобы поднять тяжелую колонну штанг из глубоких шахт, потребуются ворот или лебедка и опора для верхнего блока. С этой целью устанавливают буровую вышку (рис. 12, 6) — треногу высотой 4,5—5 м с канатным блоком наверху. Колонну штанг с инструментом и разбуренной породой вытаскивают на поверхность лебедкой или воротом с помощью стального троса либо крепкой веревки, пропущенной через блок.

Рис. 12. Ловильный инструмент: 1 — винт (метчик), 2 — колокол, 3 — штопор, 4 — «счастливый» крюк, 5 — вертлюг, б — буровая вышка

Осуществляя ударное бурение (т. е. поднимая на 1 —1,5 ми сбрасывая в забой инструмент со. штангами), труд облегчают использованием балансира (так называемого рычага 1-го рода) — деревянного бруса или крепкой доски толщиной 60 мм. Чтобы долота разрабатывали круглую скважину, штанги с инструментом при каждом ударе поворачивают руками на некоторый угол; поэтому к балансиру их подвешивают через штанговый вертлюг (рис. 12, 5). По сравнению с балансиром более совершенное устройство — фрикционная лебедка, она позволяет производить удар оттягиванием каната.

Заложение скважины — один, из ответственных моментов. Вращательное бурение вообще чревато опасностью скручивания штанг, увеличивающейся с углублением скважины и — особенно — с тем, что она заложена под углом (добавляется напряжение от изгиба колонны). К тому же известно, что всякая колонная скважина как бы сама по себе постепенно уходит от вертикали. К чему это приводит, легко догадаться, не испытав даже аварии на деле. Затрудняются и бурение, и опускание-подъем обсадных труб. Вот почему так важна закладка скважины по отвесу. При наличии треноги пользуются подвешенным инструментом. Если таковая отсутствует, а штангу удерживают руками, то это восполняется количеством людей — необходимы три человека: двое закручивают ложковый бур, третий следит за вертикальностью штанги. А углубится этот бур в землю на 0,5 длины — его вынимают, очищают и, подлив в скважину воды (чтобы ее стенки не осыпались, а обмуровывались), вновь опускают. За вертикальностью скважины наблюдают постоянно и предпочитают забросить начатую, когда отвесность не вышла.

В скважину с сухой, плоха удерживающейся на ложковом буре породой нужно подливать воду, ее слипанию в комок способствующую и играющую роль смазки. Устье скважины в земле сильно разрабатывается. В связи с этим, пройдя буром первые 3—4 м, надо обсадить скважину одним или двумя звеньями обсадной трубы. Это в начальный период бурения сделать сравнительно легко. Далее будет сложнее. Обсадную трубу снизу снабжают режущим башмаком, а вверху патрубком, предохраняющим резьбу от занятия; висеть она в скважине должна свободно на деревянном или стальном хомуте. Каково предназначение обсадной трубы? Крепление ею скважины обусловлено тем, что пластичные породы, в наибольшей степени глины, могут набухать от воды или вспучиваться от давления верхних пластов, тем самым сужать скважину, а пески, гравий и т. д. — осыпаться.

Ударно-канатное бурение применяется, если процесс ударно-вращательного (глубина — 10 м и более) становится тяжелым (длинные штанги гнутся, появляется искривление оси скважины, много времени отнимает свинчивание-развинчивание штанг, возникает опасность их разрыва и т. д.). Облегчают положение тем, что штанги заменяют стальным тросом или крепкой веревкой и бурение производят только ударным способом. Еще в брошюре «Как находить воду посредством бурения и устраивать простейшие буровые колодцы» (1922) Е. Скорняков упоминает снаряд Шитца. Этот буровой снаряд изготовлялся в любой кузнице и состоял всего из 4 простых инструментов. В скважину глубиной 1 м, проделанную буравом, вертикально устанавливают столб диаметром 140—200 мм и закрепляют оттяжкой за якорь. На верху столба заранее устраивают перекладину (в виде глаголины) с подкосом и блоком. Буравом, подвешенным на блоке, намечают центр скважины; им же начинают ее проходку на глубину 1 м. Продолжают коническим стаканом, поднимаемым за веревку на высоту 1—1,5 м и бросаемым, чтобы он врезался в дно скважины, грунт входил в него, уплотнялся, удерживался в нем, пока его не вытащат на поверхность. Бывает, стакан мало захватывает грунта или совсем его не забирает. Это случается, когда грунт очень тверд и сух или состоит из сыпучего песка либо плывуна (песка, напитанного водой). Если он тверд и сух, в забой подливают воды. Во втором случае подсыпают растительной земли и понемножку смачивают водой; воспользоваться можете также цилиндрическим стаканом или желонкой. Последняя эффективна в плывучих грунтах. Но поскольку порода будет заваливать скважину, ее проходку следует вести одновременно с опусканием обсадной трубы которую можно изготовить из досок. Простейшая конструкция — шипы делают вставными, а все соединения собирают на водостойком синтетическом клее (к примеру, эпоксидном) с запрессовкой шурупами или гвоздями. В нижнем конце обсадной трубы доски заостряют, закругляют и в них также просверливают отверстия, обеспечивающие проход воды в водоносном слое. Верхние доски устанавливают вразбег, чтобы разнести стык при наращивании трубы. Во время проходки скважины обсадную трубу опускают до самого дна.

Рис. 13. Буровой снаряд Шитца

Снаряд Шитца цельным изготовить довольно сложно, легче — их 2 отрезков труб: в нижней вырезают клинья кислородным резаком, нагревают до пластического состояния, подгинают и заваривают — получается конус. Проходка скважины в породе с крупными валунами и сплошными каменными пропластами этим буровым снарядом невозможна. Но выход из положения есть — использование долота (как при ударно-вращательном бурении) и замена веревки стальным тросом.

Нанесение сильного удара инструментом, в забое, необходимое при проходке твердых пород, достигается применением тяжелой штанги, изготовленной цельно или составной — отдельных болванок (соединенных на фланцах болтами, поскольку цилиндрические резьбы от ударов быстро сминаются, что и затрудняет потом разъем), штанг, заполненных бетоном. Общая масса штанг, используемых для прохождения тяжелых пород, доходит до 500 кг, так что без лебедки и троса не обойтись.

К тому же трос позволяет с помощью специального устройства — канатного замка (рис. 14, в) обеспечивать поворот его при ударно-вращательном способе бурения. Прежде чем трос закрепить в замке, его протягивают во втулку, расчаливают конец на отдельные проволоки, очищают от металлического блеска и вырезают пеньковый сердечник. Проволоки, загибают вверх, чтобы они вошли в коническую расточку втулки,; затягивают туда канат и заливают легкоплавким металлом или сплавом. Втулка с закрепленным канатом должна в замке свободно вращаться, перемещаться вдоль оси и проскальзывать, когда канат закручивается-раскручивается. Именно в этом и состоит конструктивная задача канатного замка. Долото поднимается — трос натягивается и раскручивается. Заодно поворачивает свободно висящее долото вместе со втулкой на некоторый угол. Брошенное долото ударяет в породу — и трос в результате снятия нагрузки снова, проворачиваясь в замке, закручивается. Предохраняет корпус замка от расклепывания при ударах опорная шайба. Назначение отверстий — дать воде, попавшей в замок, вытечь. В верхней части замка — конусная гребенка. Она позволяет в случае аварии, если трос вырвется из замка, захватить его с помощью ловильного приспособления и вытащить ударную штангу с инструментом; Чтобы осуществить удар в забое, т. е. сбросить ударную штангу с буровым инструментом с высоты тех же 1—1,5 м, нужно оттягивать канат, используя вторую лебедку. Как? На выходной вал какого-либо редуктора можно установить небольшой (∅ 220 мм) барабан, на него несколькими витками набросить капроновую веревку (рис. 15, а). Посредством захвата один конец этой веревки закрепляют на тросе. При натягивании второго конца веревки руками она (в результате трения на барабане) оттягивает трос. Как только опустишь конец, веревка проскальзывает по барабану к штанге с инструментом, падает в забой. По мере углубления инструмента в грунт трос, само собой, необходимо потравливать, а поднимая из забоя на поверхность, веревку с захватом отсоединяют. Барабан для оттягивания каната можно сделать с ручным приводом по типу старинного «донецкого» ворота (0 до 2 мм; изготовляли из толстых досок, чтобы он выполнял роль маховика, с этой целью основную массу колеса размещали по возможности на ободе; облегчалось оттягивание каната благодаря инерции).

Рис. 14: а — обсадная труба из досок; б — конический стакан в современном исполнении: 1 — башмак, 2 — конусе 3 — окно для чистки, 4 — ударная штанга; в — канатный замок: 1 — корпус, 2 — шайба, 3 — втулка, 4 — отверстие для выхода воды

Перед ударно-канатным бурением нужно поработать штангами. Скважина принимает совершенно отвесное направление. Глубина — сколько хватит троса. Подъем и спуск инструмента в забой, особенно лебедкой с механическим приводом, времени и усилий отбирает мало. Не требуются они заметно и на подъем ударной штанги второй лебедкой. На выбор инструмента влияют породы. От них же зависит, надо ли в забой подливать воду. Естественно, поднимая буровой инструмент, нужно всякий раз тщательно его осматривать. Слабое место — крепление стального троса в канатном замке. При заклинивании инструмента в забое трос иногда можно вырвать из замка. Ловитель (рис. 15, б), которым можно извлечь инструмент, изготавливается несложно. Перед спуском его в скважину зубья следует отвести в крайнее положение, сжав пружины и закрепив зубья штифтами. Когда ловитель наденется на верхнюю часть канатного замка — на конусную гребенку, торец замка приподнимет траверсу, штифты освободят зубья, и последние под воздействием пружин захватят замок за конические выступы.

Рис. 15: а — схема установки ударно-канатного бурения: 1 — долото, 2 — ударная штанга, 3— блок, 4 — подвижный захват, 5—канатный барабан, 6 — барабан для веревки, 7 — электродвигатель, 8 — редуктор, 9 — канат, 10 — веревка; б — ловитель для канатного замка: 1 — корпус, 2 — траверса, 3 — штифт, 4 — зуб, 5 — скоба, 6 — канатный замок; в — расширитель скважины: 1 — верхний фланец, 2 — корпус, 3 — ось, 4 — резец, 5 — подкладка, 6 — пружина, 7 — нижний фланец

В случае прохождения скважины с обсадной трубой необходимо, чтобы буровой инструмент проходил внутри нее с зазором 10—15 мм на сторону. Остающийся на стенках скважины лишний грунт срежет, опускаясь, обсадная труба. И опять понадобится тяжелая штанга, которой трубу (стальная будет наилучшей) можно основательно пристукнуть и осадить вниз. Если скважина проходит через твердые пласты камня, срезать стенки обсадной трубой уже не удается. Попытайтесь расширить скважину эксцентричным долотом. Но более эффективен специальный расширитель, снабженный 2 резцами, которые могут поворачиваться на оси и, выступая наружу, за края обсадной трубы, разрабатывать соответственно скважину большего диаметра. Расширитель спарен с долотом. Чтобы спустить расширитель в обсадную трубу, нужно резцы его отогнуть вниз, сжав пружину. Минуя нижний обрез обсадной трубы, резцы под действием сжатой пружины (через подкладку) расходятся и устанавливаются в рабочее положение (рис. 15, в). Когда ударная штанга падает, резцы срезают породу со стенок скважины за пределами обсадной трубы. Инструмент поднимают на поверхность — резцы упираются в края обсадной трубы, поворачиваются вниз, преодолевая сопротивление пружины. И проходят в обсадную трубу.

Обсадные трубы лучше стальные: они прочнее других, их легче соединить. Бывают и асбоцементные, пластмассовые, чугунные и деревянные. Набирают обсадную трубу из отдельных звеньев 2—4 м длиной каждое. Стальные звенья соединяют между собой резьбовыми муфтами (если труба внутри 2-дюймовая, т. е. 50 мм) или сваркой (диаметром 100 мм и более). На концах труб диаметром 50 мм (14 ниток на 1 дюйм), в частности, нарезают на длине 50 мм. Вся длина муфты — 112 мм (100 мм резьбы+2 концевые проточки длиной 6 мм — для захода трубы). Форма ее такая же, как и той, что соединяет штанги. В целях свинчивания отдельных звеньев обсадной трубы предпочтительны деревянные хомуты, ибо эти трубы из-за своей тонкостенности могут быть смяты. Подвешивание обсадной трубы в скважине надежнее всего на стальных хомутах. Технология соединения звеньев обсадной трубы сваркой такова. Сначала трубу нарезают кислородным резаком на звенья по 2—3 м длиной. Линию разреза делают с мысиком, тем самым при сварке облегчается центрирование и стык не имеет больших зазоров. Каждый разрез помечают краской. Перед сваркой центрируют звенья с помощью простейшего кондуктора из 2 уголков (швеллеров). Или 3 стальных накладок, привариваемых к штангам и позволяющих дополнительно укрепить соединительный шов.

Чтобы предохранить торец трубы от смятия твердыми включениями, а также обрезать ею высунувшийся в скважину край крепкой породы, на нижний конец трубы устанавливают на резьбе или сварке трубный башмак или фрезер (рис. 15, г). Режущие кромки последнего должны быть обращены в сторону проворачивания обсадной Трубы — по часовой стрелке. Концы его зубьев закаливают, «чугунят», наплавляют твердым металлом. Еще одна важная принадлежность обсадной трубы при ручном ударно-вращательном бурении — предохранительный патрубок. Обычно это отрезок той же самой обсадной трубы длиной 150—200 мм с резьбой на одном конце. Назначение патрубка — предохранить резьбу верхней муфты обсадной трубы от изнашивания о штанги. Надобность в патрубке отпадает, когда звенья сваривают. В случае отсутствия сварки или если труба не стальная, соединить отдельные звенья можно стальными накладками на болтах. Ширина накладок — 15—30 мм, длина — 100—200 мм, толщина — 6—9 мм. Узкие кромки накладок следует срезать под углом 30° — тогда инструмент не будет цепляться за внутренние прокладки, а наружные не помешают трубе проходить через грунт. На внутренних прокладках нарезают резьбу для крепежа. Звенья стальной или чугунной обсадной трубы можно, если толщина стенок достаточная, соединить без внутренних накладок. Резьбу нарезают при этом непосредственно в стенке. Непроницаемость (для воды) стыка достигается закрытием его «мокрой» муфтой, изготовленной из нескольких полосок стеклоткани. Наклеивают их вокруг стыка эпоксидным или иным синтетическим клеем. Естественно, прежде чем приклеивать стеклоткань, стык очищают от ржавчины, грязи, обезжиривают ацетоном или растворителем для нитроэмали. Этими же растворителями промывают и стеклоткань (можно «прожечь» ее паяльной лампой) - удаляют замасливатель, попадающий на нее в процессе изготовления; затем просушивают - ее 2—4 ч. Обматывают стык полосками разной ширины: каждая верхняя должна быть на 20—30 мм шире нижней и прикрывать ее кромки. После того, как отвердеет, «мокрая» муфта становится прочной. И все же наружные' накладки из стали следует поставить и прижать ими стеклоткань — это предохранит муфту от возможного сдвига при трении о грунт. В плотных грунтах обсадная труба входит, как правило, в скважину с зазором, в связи с чем сдвиг уплотнения маловероятен, и уплотняющие бандажи можно вырезать в виде колец из камеры автомобильной шины подходящего диаметра. В том случае, если сдвиг резинового пальца все же произойдет и он проникнет в неровный стык между трубами, перекрывая проход в трубе, от резины легко избавиться. Ее поджигают какой-нибудь горелкой, опущенной на проволоке в обсадную трубу. Кольцо, загоревшись, разрывается и освобождает проход.

Водоприемная часть трубчатого колодца может быть разной конструкции, зависящей от строения водоносного слоя. Без фильтра можно обойтись, если у нижнего обреза обсадной трубы желонкой удается выработать полость, заполняемую притекающей водой и со временем не затягивающуюся. Но он непременно нужен, когда водоносный слой состоит из песка-плывуна и скважина затягивается им, сколько бы вы ни чистили ее желонкой. Наиболее просты и надежны сетчатые фильтры (рис. 16, а). Промышленность в настоящее время выпускает проволочные тканевые фильтровые сетки в большом ассортименте (ГОСТ 2765—75). Формы ячеек сеток в свету — квадратные, прямоугольные, нулевидные. Для колодцев наиболее пригодны мельчайшие по размерам — с площадью ячеек в свету 0,025—0,25 мм² и мелкие — 0,25—1 мм². Переплетение проволок сетки может быть полотняным и саржевым. У сеток с нулевыми ячейками проволоки-основы (проходящие вдоль полотна сетки) находятся на определенном расстоянии одна от другой. А более тонкие проволоки (проходящие поперек полотна сетки) расположены вплотную. Ячейки в свету благодаря такому их переплетению отсутствуют. На трубчатый колодец подойдут сетки из меди, латуни, фосфористой бронзы, модабдена, никеля и т. п. Можно воспользоваться сеткой из нержавеющей стали, снятой со старой стиральной машины. А вообще все зависит от зернистости водоносного слоя. Многие предпочтение отдают сетке с нулевыми ячейками, поскольку вода тут проходит через зазоры в виде щелей, — такие фильтры засоряются. А не удастся найти на фильтр нужную трубу из нержавеющего материала — ее сворачивают из листа. Это в определенном аспекте даже к лучшему. К примеру, отверстия, выполненные в листе, легко очистить с обратной (внутренней) стороны от заусенцев, образующихся от сверления. Проволоку на перфорированную часть трубы наматывают с зазором между витками 1,5—2 мм. Нужна она, чтобы приподнять сетку над трубой и тем самым увеличить скважность (пропускную способность, водопроницаемость) фильтра. Приваривают ее или припаивают (желательно твердым припоем) к трубе по концам ив нескольких местах посередине. Поверх проволоки сетку закрепляют на трубе сваркой, пайкой или сшивкой. Когда первыми двумя названными способами, то сначала прикрепляют один край сетки. Потом натягивают ее на трубу и закрепляют второй край. Что касается сшивки, то ее производят следующим образом. Перед обтяжкой измеряют окружность трубы, и сетку отрезают с припуском, необходимым на заправку концов (их загибают внутрь, а в месте изгиба вставляют проволочные стержни диаметром 2,5—3 мм, предохраняющие сетку от разрыва при стягивайии ее краев). Сшивают сетку проволокой. Верхнюю и нижнюю кромки сетки приваривают или припаивают к трубе.

Рис. 16. Фильтры: а — сетчатый; 1 — штыковая муфта, 2 — сальник, 3 — отверстия, 4 — проволока, 5 — сетка, 6 — отстойник, 7 — пробка; б — из крупнопористого бетона с наручным стальным каркасом: 1 — обсадная труба, 2 — фильтрующий блок, 3 — каркас с окнами, 4 — опора, 5 — отстойник, 6 — пробка, 7 — гвоздь; в — из крупнопористого бетона на внутреннем каркасе с засыпным гравийным сальником: 1 — резервуар, 2 — гравийный сальник, 3 — фильтрующий блок, 4 — каркас с отверстиями, 5 — гвоздь, 6 — пробка

Под фильтром (ниже него) водоприемная часть должна иметь глухой резервуар — сборник песка и ила, прошедших через фильтр. Кстати, не нужно, чтобы он задерживал мельчайшие фракции песка; пусть они потом вынесутся потоком воды на поверхность во время ее откачки либо осядут в отстойнике. Это даже к лучшему: в водоносной породе образуется вокруг фильтра слой из более крупных частиц песка или гравия. Этот слой станет сам естественным фильтром. Вставляют изготовленный фильтр в обсадную трубу штангой, заводя нижним ее концом с поперечными выступами в штыковую муфту фильтра. Штангой удерживая фильтр, приподнимают обсадную трубу лебёдкой или домкратами. Между фильтром и обсадной трубой для напорной (артезианской) воды устанавливают сальник из резины или пенькового просмоленного шнура. После операции «обнажения фильтра» (когда штангой его удерживают, а обсадную трубу приподнимают) поворотом штангу выводят из штыковой муфты и вытаскивают на поверхность.

Если диаметр трубчатого колодца не слишком мал, фильтр легко сделать из крупнопористого бетона (рис. 16, б). Размеры зерен гравия или щебня для крупнопористого бетона подбирают в зависимости от того, каковы зерна водоносного песка: соотношение — 10:1. Дозировка цемента, воды, вся технология приготовления фильтра даны выше. Фильтр из крупнопористого бетона изготовляют в виде трубчатых блоков 200—400 мм длиной и 30—35 мм толщиной стенки. Устанавливают блоки в трубчатый каркас с окнами и по концам скрепляют цементным раствором. Через сутки фильтр можно опускать в скважину. Из крупнопористого бетона его можно смонтировать и на внутреннем перфорированном каркасе (рис. 16, в) — всю колонну бетонных блоков устанавливают на деревянной пробке. В случае, если по какой-то причине произойдет коррозия связующего и сцепление между зернами гравия ослабнет, фильтр этой конструкции превращается в засыпной гравийный. Разместить гравийный фильтр при достаточной мощности водоносного слоя и значительном дебите скважины целесообразно ниже статического уровня воды, а сальник смастерить гравийным, засыпным. Тогда в полости обсадной трубы над фильтром образуется большее пространство для насоса. Достаточен порой и простейший фильтр из мелкого щебня или гравия с притоком воды через дно — как несовершенного шахтного колодца. В случае неудачи такой фильтр извлечь желонкой довольно просто.

Водоподъемники из трубчатых колодцев — в основном это электрические вибрационные насосы, выпускаемые отечественной промышленностью: «Малыш», «Уралец», «Ручеек», «Родничок» и др. Питаются они от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В. Перечисление правил погружения их в скважину вы найдете в инструкциях, прилагаемых заводом-изготовителем. Особенности установки их довольно просты. Сложнее, когда диаметр обсадной трубы мал и насос невозможно по ней опустить. Тогда (при условии, что глубина превышает 7 м) применяют плунжерный насос с рычажным приводом — ручным или механическим. Плунжерные глубинные насосы поставляются нашей промышленностью. Например, такой насос марки НГ-1 производительностью 15 л/мин на глубину подъема воды 30 м выпускается Бийским машиностроительным заводом оборудования животноводческих ферм. Присоединительный размер колонны труб — 1¹/₄ дюйма.

Используют и специальные устройства — эрлифты, довольно простые по конструкции, не имеющие движущихся частей, как у других насосов, и поэтому не боящихся абразивного воздействия песка со дна колодца. В промышленных установках ими поднимают воду из скважин до 500 м и более глубиной. Принцип действия — в следующем. Если в нижнюю часть трубы, опущенной в воду, вводить под достаточным давлением воздух, то образовавшаяся воздушная эмульсия (смесь воды и пузырьков воздуха) будет подниматься благодаря разности удельных масс эмульсии в трубе и воды в скважине. Эрлифты бывают нагнетательные и всасывающие. У первого из них в трубу, опущенную в скважину и заглубленную под уровень воды, подводят от компрессора сжатый воздух. Эмульсия (она, естественно, тем легче, чем больше в ней пузырьков воздуха) поднимается на поверхность в бак. Там воздух выходит из эмульсии, а вода накапливается. У всасывающего же эрлифта труба опускается немного ниже уровня воды в колодце. В подъемную трубу воздух внизу попадает из атмосферы в результате создаваемого вакуум-насосом разряжения в трубе. Как и в прежнем случае, атмосферный воздух смешивается с водой и в виде эмульсии поднимается на поверхность.

Выбирая место закладки колодца, надо иметь в виду, что поливная вода из него самотеком по яркам может поступать в сад и под огородные культуры только с более высокого уровня поверхности. Но это обстоятельство не обязательно учитываеся, если вода насосом нагнетается по металлическим трубам и резиновым шлангам.

Нередко требуется и подогрев воды солнцем на полив и другие цели. Об этом — далее.

Водные солнечные теплоуловители. В южных краях страны, в т. ч. и на Дону, небольшие установки, использующие солнечную энергию на подогрев воды (устройство на приусадебном или дачном участке душа, полив овощных культур в парниках и теплицах, да и в грядах), стали уже распространенными. Каких только «ловушек для солнца» не изобрели умельцы. М. Згут («Наука и жизнь», № 6, 1988) предлагает свою, дает советы, которые могут быть использованы энтузиастами в создании собственных.

Простейшая «солнечная установка», зачастую встречающаяся на приусадебном участке, — зачерненная бочка, поднятая на высоту более чем в человеческий рост. Нагревается она с одной стороны. Существенный недостаток ее состоит в том, что одновременно с улавливанием тепла вся ее поверхность отдает его тем интенсивнее, чем больше разница температуры воды в бочке и окружающего воздуха, особенно если посудина сверху открыта. Некоторое несовершенство ее заключается и в том, что чаще всего воду забирают (на душ, полив) из нижней части бочки — оттуда, где отстаивается столь желанная, но,- увы, тяжелая холодная жидкость, хотя даже простейшая рационализация — гибкий шланг с поплавком значительно повышает температуру поступающей сверху воды.

Но можно соорудить довольно несложную солнечную установку, которая гораздо эффективнее использует экологически чистую и бесплатную солнечную энергию. Термо- и фотоэлектрические преобразователи, без которых не обойтись, скажем, в космосе, все еще дороги, к тому же кпд их пока что невелик. Рационализатор М. Згут пошел иным путем — он занялся установками, превращающими энергию солнца непосредственно (сразу) в тепло воды. Непременные элементы такой установки — теплоприемник ТП и теплоаккумулятор ТА, (рис. 17). ТП — это плоская коробка. Или цепочка таких коробок. Больше ее (их) площадь — соответственное и количество лучей, а значит, и тепла соберет это приспособление. Лицевая сторона ее должна быть черной. Хотите уменьшить потери тепла — поместите ТП в ящик (боковые стенки его сколачивают из досок, заднюю утепляют трехслойным картоном, стекловатой, пенопластом или ватным тряпьем; лицевую сторону застекляют 1 или 2 слоями оконного стекла). Чтобы вся конструкция не боялась осадков, стенки ящика пропитывают горячей олифой или тщательно прокрашивают. Вместо плоской коробки можно воспользоваться различными готовыми изделиями — чугунными отопительными радиаторами, склепанными дюралевыми противнями и даже мешками, сваренными из черной пленки для мульчирования. Чтобы мешки были прочнее, их вкладывают в своеобразные «наволочки» из рыболовной сети. В качестве ТА приспосабливают любую бочку — металлическую или деревянную, желательно на 200—250 л: такой объем обеспечивает потребность семьи на 2—3 дня плохой погоды после 1 солнечного; площадь приемника — 3—5 м². Бочки важно теплоизолировать.

Рис. 17. Простейшая установка с естественной циркуляцией воды: ТА — аккумулятор тепла, ТП — теплоприемник, ПБ — питательный бачок, П — перелив, К_з — запорный кран, перекрывающий циркуляцию, К_с — кран слива воды из системы

Вода, нагревающаяся в ТП, поднимается в верхнюю часть ТА, вытесняя из его нижней части холодную в ТП. Происходит циркуляция, интенсивность которой определяется разницей температур в ТА и ТП, а также уровня их расположения. Чтобы установка работала бесперебойно, ТА всегда заполняют доверху посредством питательного бачка ПБ (объем — 15—20 л), дно которого обязательно располагают выше верхнего днища ТА. Если на участке имеется водопровод, то можно в систему ввести элемент автоматики — в качестве ПБ использовать смывной бачок, в котором удалена груша. А нет водопровода, так воду в ПБ придется заливать любым иным способом — с помощью насоса из колодца либо скважины или вручную. Так или иначе, но позаботиться о трубе перелива и двух кранах нужно. Один из них — К_з перекроет циркуляцию, когда нагрев отсутствует (допустим, на ночь). Другой, К_с необходим, чтобы можно было сливать воду из системы (к примеру, на зиму или для промывки).

Солнечную установку следует разместить так, чтобы ТП был ориентирован в чисто южном направлении и в астрономический полдень лучи падали на его поверхность строго перпендикулярно (так получается, если ТП наклонен к вертикали под углом; соответствующим географической широте). Впрочем, наклонная установка ТП не всегда удобна. Располагать можно и вертикально, хотя в этом случае придется увеличить площадь ТП. Рассмотрим несколько конкретных примеров размещения установки.

Цифрой 1 (рис. 18) помечены приемники на южном скате крыши. Нагрев эффективен, но появляются заботы о прочном остеклении, чтобы оно выдерживало снег и град; придется чистить и ремонтировать. В случае необходимости наклон остекления можно увеличить подпорками. Еще вариант — ТП на земле. Наклонную конструкцию (2) можно установить на коротких столбах, а пространство под ней использовать как навес. Трубопроводы, чтобы не мешать посадкам, прокладывают под землей. Совсем немного места на приусадебном или дачном участке займет вертикальный приемник (3), размещенный у северного забора. Прокладывая трубопроводы, важно предусмотреть хотя бы небольшой их наклон и сливной кран в нижней точке (может быть, даже в спецколодце) на зиму спускать воду.

Рис. 18. Размещение «ловушки для солнца» на приусадебном участке

М. Згут приводит еще одну конструкцию оригинального душа (4). ТП установлен наклонно и образует одну стену помещения. Задняя сторона приемника не утеплена, она обеспечивает нагрев воздуха в душе, эффективность которого повышает откидная ставня, оклеенная алюминиевой фольгой. Закрытая ставня защищает остекление на время, пока душ не нужен.

Самая элементарная конструкция, не требующая многих усилий и времени на изготовление, — солнечный плетень (5). Через 1 м на незатененном месте забивают колья, заплетают на них до 100—150 м обычного резинового черного шланга. Вода, пока движется по нему из бочки, нагревается. Тыльную сторону плетня теплоизолируют (глиной, замешанной на мелкой соломе либо полове, или чем-нибудь иным — чакановыми матами, допустим). Шланг на зиму убирают. А когда в теплой воде нет потребности, плетень закрывают от солнечных лучей, в противном случае резина пожестчает и может растрескаться. Такой плетень удовлетворит нужду в нагретой воде для бассейна, детской ванночки, полива теплолюбивых растений.

Несколько слов о трубопроводах. Непременно их надо утеплить — полосами трехслойного картона, опилками и торфом (если они заключены в оболочку из досок, фанеры или жести). Надежный теплоизолятор — стекло или шлаковата. В этом исполнении снаружи наматывают бинт из мешковины, клеенки. Применяют и разнообразные обмазки, подобные тем, что используют на теплосетях. Соединения труб допускаются самые простые, так как давление воды в системе слабое. Железные или пластмассовые трубы скрепляют отрезками резинового шланга — достаточно натянуть его на соединяемые концы. Мягкие трубы удобно соединять короткими кусками жестких (положим, дюралевых) труб (распилите детали раскладушки, вышедшей из строя, и вот вам «муфты»). Повороты трубопровода можно осуществлять гибким резиновым шлангом. Переходы от жестких труб к гибким закрепляют бандажами из мягкой проволоки (той же медной или иной).

Разумеется, предложенные конструкции могут быть усовершенствованы. У людей творческих возникнут и. свои варианты.

Сбор воды с крыши. Для сбора дождевой воды с крыши используют обычную или металлическую бочку, которую ставят там, где вытекает струя воды из водосточной трубы. Бочка приподнята над землей на 10—12 см. Она опирается на камни или кирпичи. Внизу в нее ввинчивают водопроводный кран, который позволяет наливать воду в ведро, садовую лейку или таз. Благодаря такому простому решению можно более экономно расходовать воду на хозяйственные нужды и полив огорода. Чтобы вода не переливалась через край бочки, предлагается несложное устройство, состоящее из деревянного короба. Он закреплен на специальном упоре и может свободно наклоняться в любую сторону. К концу, который обращен к бочке, прибиваются деревянные бруски с поплавком, сделанным из пенопласта или куска пробки. Короб-коромысло легко меняет положение благодаря поднявшемуся уровню воды в бочке, и вода из водосточной трубы направляется в другую емкость.

Рис. 19. Сбор воды с крыши

Очищение воды для питья «Родником». В настоящее время выпускается несколько модификаций этих приборов (бытовой фильтр «Родник-3», «Родник-4М», «Родник-7»). В качестве сорбентов используются пористые углеводородные материалы — древесные активированные угли. Они улучшают органолептические свойства воды: устраняют неприятный привкус, запах, значительно снижают концентрацию находящихся в воде вредных химических веществ. Нужно лишь помнить, что очистка воды не заменяет ее кипячения. Впрочем, угли не только сорбируют органические вещества и удаляют тригалометаны — токсичные вещества, образующиеся при обработке воды хлором, но и обезвреживают ее от различного рода бактерий. Для предотвращения скапливания микро-, организмов в угле используют бактерицидные свойства некоторых металлов — кадмия, серебра, меди. Реакция ионов этих металлов с белком бактерий приводит к подавлению жизнедеятельности микроорганизмов. Особенно эффективное действие металлы оказывают на патогенные микроорганизмы — возбудители тифа, паратифа, дизентерии. Так, активированный уголь, содержащий всего 0,3—0,7% металлического серебра, существенно замедляет размножение микробов. Все эти физико-химические явления учитываются, естественно, при промышленной очистке воды. Учтены они и в конструкциях бытовых фильтров.

Фильтрующая часть прибора состоит из 2 слоев — древесного активированного угля и такого же угля, импрегенированного (пропитанного) серебром. Уголь независимо от качества проходящей через него воды сохраняет активные свойства полгода. Затем его обязательно надо менять на новый, который, как правило, входит в комплект прибора.

Осушение участка колодцами и дренами. От чрезмерного переувлажнения, участка на близком от поверхности расстоянии скапливаются грунтовые воды. Бывает, участок расположен в низине, и там застаиваются талые и дождевые воды. От всего этого местность постепенно заболачивается, а в доме сырость. Для осушения вокруг всей территории участка роют кюветы (канавы) нужной глубины. Это понижает уровень грунтовых вод. Расположить кюветы надо так, чтобы направить воду в огород. Очень хорошо, когда на участке есть бассейн или колодец, в который собираются дождевые или талые воды для полива огорода. Так что и в этом отношении колодцы играют существенную роль. Вместо кюветов можно устроить дренаж. С этой целью вокруг всего участка или только дома, двора роют канаву с уклоном в одну сторону для вывода воды в желательное место. Низ дренажа лучше изолировать глиной. Нарубают сучья, кустарник и укладывают в канавы слоем от 25 до 50 см, сверху кладут слой камней или крупного гравия и засыпают вынутым грунтом. Вместо сучьев и кустарника можно укладывать крупные камни и гравий, чтобы было как можно больше щелей для свободного стекания воды.

В холмистых местах воде стекаться в низину не дают следующим образом. По контуру холма роют поперечные канавы, заполняют их органическими остатками от растительности, листьями, стеблями и т. д. Вешняя вода, сбегая с вершины холма, задерживается в канавках, постепенно подпитывая влагой нижележащие по склону слои почвы. Институт виноградарства (Новочеркасск) на таких склонах с канавками получает высокие урожаи солнечных гроздей и других плодов. Очень эффективный метод в зоне недостаточного летнего увлажнения.