Как сравнить водоотводящую способность профилированных мембран

В характеристиках одной дренажной мембраны может быть указано 1,2 л/(м·с), в документации другой — 4,6 л/(м²·с), а у третьей водоотводящая способность вообще не вынесена в таблицу. Кажется логичным выбрать материал с самой большой цифрой, но такое сравнение может привести к ошибке.

Показатели могут относиться к разным направлениям движения воды, единицам измерения, нагрузкам и гидравлическим градиентам. Более того, максимальное лабораторное значение не всегда характеризует работу мембраны под давлением грунта или конструктивных слоёв.

Чтобы правильно выбрать профилированную мембрану для пристенного, пластового или кровельного дренажа, необходимо ответить на три вопроса:

1. Какой объём воды должна принять система?
2. При какой нагрузке будет работать материал?
3. Куда вода должна уйти после прохождения по мембране?

Разберём, как оценить водоотводящую способность и сравнить продукцию разных производителей без привязки к рекламным формулировкам.

Что называют водоотводящей способностью мембраны

Дренажная профилированная мембрана обычно состоит из полимерного полотна с выступами и фильтрующего геотекстиля.

Вода проходит через геотекстиль, попадает в пространство между выступами и движется вдоль полотна к трубе, воронке, лотку или коллектору.

Поэтому при подборе материала нас интересует не только способность воды пройти через фильтр, но и возможность перемещаться в плоскости дренажного слоя.

ISO 12958-1:2020 устанавливает метод определения водопропускной способности геотекстиля и связанных с ним изделий именно в их плоскости при постоянном напоре. 

При этом стандарт разделяет индексное испытание материала и эксплуатационное испытание, предназначенное для оценки работы в условиях, приближённых к конструкции.

Не следует смешивать следующие характеристики:

Для расчёта дренажа основным является третий показатель. Однако его нельзя рассматривать отдельно от прочности профиля и характеристик геотекстильного фильтра.

Почему нельзя выбирать по самой большой цифре

Допустим, в документации двух материалов указаны следующие значения:

• мембрана А — 1,17 л/(м·с);
• мембрана Б — 3,8 л/(м·с).

На первый взгляд второй вариант значительно эффективнее. Но до сравнения необходимо выяснить условия испытаний.

Один показатель мог быть получен при гидравлическом градиенте 0,1, другой — при градиенте 1,0. Одна мембрана могла испытываться под нагрузкой 20 кПа, другая — без её указания.

Наглядный пример можно увидеть в официальных характеристиках PLANTER Geo. При одинаковой нагрузке 20 кПа производитель указывает водопропускную способность 1,17 л/(м·с) при градиенте i = 0,1 и 3,87 л/(м·с) при i = 1,0. Это один и тот же материал, но изменение условий движения воды приводит к существенно разным результатам.

Поэтому большая цифра не всегда означает, что одна мембрана лучше другой. Она может всего лишь относиться к более благоприятным условиям испытания.

Какие параметры должны быть указаны рядом с результатом

Корректная характеристика водоотвода должна сопровождаться дополнительными данными.

Если в техническом листе приведено только одно значение без расшифровки условий, его можно использовать для общего ознакомления, но недостаточно для ответственного расчётного сравнения.

Как нагрузка влияет на водоотвод

Выступы профилированного полотна образуют пространство для движения воды. Под давлением грунта, стяжки, субстрата зелёной кровли или дорожного покрытия профиль может деформироваться.

Чем меньше остаётся свободного сечения между выступами, тем ниже фактическая пропускная способность дренажного слоя.

При этом прочность на сжатие и водоотводящая способность — связанные, но не взаимозаменяемые параметры.

Высокое значение прочности показывает, что материал способен сопротивляться нагрузке. Но оно не сообщает, какой объём воды пройдёт по каналам после деформации профиля.

Поэтому при выборе мембраны для заглублённой стены, подпорного сооружения или нагруженной горизонтальной конструкции необходимо проверять оба показателя.

Практическая ошибка

Выбор по принципу «чем тяжелее квадратный метр, тем лучше дренаж» некорректен. Поверхностная плотность не раскрывает форму выступов, площадь их опоры, свободное сечение каналов и характер деформации под нагрузкой.

Что такое гидравлический градиент

Гидравлический градиент характеризует изменение напора воды по длине пути её движения:

i = Δh / L,

где:

Δh — разница гидравлических напоров;

L — длина пути потока.

На вертикальной стене условия для движения воды обычно благоприятнее, чем на почти горизонтальной кровле или в пластовом дренаже с небольшим уклоном.

Именно поэтому значение, полученное при i = 1,0, нельзя автоматически использовать для горизонтальной конструкции, работающей при малом градиенте.

Это особенно важно при проектировании:

• пластового дренажа под фундаментной плитой;
• эксплуатируемой и зелёной кровли;
• террасы;
• горизонтального участка за подпорной стеной;
• основания дорожки или площадки с удалённой точкой сброса.

Как геотекстиль может ограничить работу системы

Геотекстиль выполняет функцию фильтра: пропускает воду и задерживает частицы грунта. Если фильтр подобран неправильно, водоотводящая способность всей конструкции постепенно снижается.

При слишком крупных порах частицы грунта могут проникать в пространство между выступами. При слишком мелких порах на поверхности фильтра способен формироваться малопроницаемый слой из мелкодисперсных частиц.

Поэтому поверхностной плотности геотекстиля в г/м² недостаточно для полноценного выбора. Для сложных объектов необходимо учитывать:

• тип и гранулометрический состав грунта;
• характер движения воды;
• размер пор фильтрующего полотна;
• его водопроницаемость;
• устойчивость к заиливанию.

Двухслойные мембраны с прикреплённым геотекстилем удобны тем, что дренажное ядро и фильтр поставляются как единый материал. Но совместимость фильтра с грунтом всё равно должна оцениваться с учётом условий объекта.

Что необходимо рассчитать до выбора мембраны

Главная ошибка — сначала выбрать материал, а затем пытаться понять, подходит ли он для конструкции. Правильная последовательность обратная.

Сначала определяют расчётный приток воды, а уже после него — требуемую пропускную способность.

Для предварительной проверки понадобятся следующие данные:

Для стены подвала приток зависит от гидрогеологических условий, уровня грунтовых вод, верховодки, поверхностного стока и проницаемости обратной засыпки.

На кровле учитываются интенсивность осадков, площадь водосбора, уклон, водоудерживающая способность слоёв и расстояние до воронок.

Пример предварительного расчёта

Рассмотрим участок стены подвала длиной 20 м. По результатам расчёта суммарный приток воды к нему составляет 0,30 л/с.

Требуемую пропускную способность на один метр ширины определяем по формуле:

qreq = Q / b,

где:

Q = 0,30 л/с;

b = 20 м.

Получаем:

qreq = 0,30 / 20 = 0,015 л/(м·с).

При коэффициенте запаса 2 расчётное требование составит:

2 × 0,015 = 0,03 л/(м·с).

Следовательно, выбранная мембрана должна обеспечивать не менее 0,03 л/(м·с) при нагрузке и гидравлическом градиенте, соответствующих рассматриваемой стене.

Проверка записывается так:

qd ≥ K × qreq.

Если расчётная способность материала равна 0,12 л/(м·с), условие выполняется:

0,12 ≥ 0,03 л/(м·с).

Однако это подтверждает только достаточность дренажного слоя. Труба, колодец и система сброса должны принять весь суммарный расход — 0,30 л/с.

Граница применимости

Пример показывает общий принцип проверки и не заменяет проектный расчёт. Приток воды, нагрузка, градиент, коэффициент запаса и эксплуатационные поправки определяются индивидуально для каждого сооружения.

Мембрана отводит воду, но не определяет, куда она уйдёт

Даже высокий запас по водопропускной способности бесполезен, если нижний узел выполнен неправильно. При устройстве пристенного дренажа вода должна перейти из пространства между выступами в фильтрующую щебёночную обсыпку и далее в дренажную трубу.

На кровле поток направляется к воронкам или линейным лоткам. В пластовом дренаже — к трубам, расположенным по принятой проектом схеме.

Если полотно заканчивается в водонепроницаемом грунте, дренажная труба расположена выше выпуска или колодец переполнен, вода начнёт накапливаться независимо от характеристик мембраны.

Профилированная мембрана и дренажная труба не заменяют друг друга:

• мембрана собирает и направляет воду;
• труба принимает суммарный поток;
• коллектор или колодец обеспечивает его дальнейшее удаление.

Как покупателю сравнить несколько мембран

Преимущество выбора у специализированного поставщика заключается в возможности сопоставить материалы разных производителей под одну задачу.

В каталоге «Фабрики Геосинтетики» представлены профилированные и дренажные мембраны Gruntflex, VillaDrain, PLANTER, Tefond, Isostud, Black Membrane и Дрениз. Модели различаются по конструкции, поверхностной плотности, наличию геотекстиля и заявленным техническим характеристикам.

При сравнении следует придерживаться следующего порядка:

1. Отделить обычные однослойные защитные полотна от дренажных мембран с геотекстилем.
2. Выбрать материалы, рассчитанные на предполагаемую нагрузку.
3. Сопоставить водопропускную способность при одинаковом градиенте и давлении.
4. Проверить характеристики геотекстиля.
5. Учесть размеры рулона, количество нахлёстов и особенности монтажа.
6. Рассчитать полную стоимость системы вместе с крепежом, трубами, лентами и доборными элементами.

Посмотреть представленные варианты можно в разделе «Профилированные мембраны».

Для конструкций, где требуется фильтрация воды и её организованный отвод, отдельно собраны дренажные мембраны с геотекстилем.

Типичные ошибки при выборе

Хороший подбор — это не поиск самого дешёвого или самого тяжёлого рулона. Это сопоставление характеристик материала с конкретной функцией конструкции.

Часто задаваемые вопросы

• Какой показатель водопропускной способности считается хорошим? Универсального значения не существует. Достаточным считается показатель, который превышает расчётный расход с принятым запасом при требуемой нагрузке и гидравлическом градиенте.
• Можно ли сравнивать л/(м·с) и л/(м²·с)? Напрямую нельзя. Эти значения могут описывать разные направления потока и рассчитываться относительно разной площади или ширины материала. Сначала необходимо изучить методику испытания.
• Всегда ли мембрана с геотекстилем лучше однослойной? Нет. Они выполняют разные функции. Однослойное профилированное полотно подходит для защиты и разделения слоёв. Геотекстиль необходим там, где вода поступает из грунта или другого материала, содержащего частицы, способные заполнить дренажные каналы.
• Заменяет ли высокая прочность на сжатие расчёт водоотвода? Нет. Прочность характеризует сопротивление механической нагрузке, но не показывает объём воды, который пройдёт по мембране.
• Нужен ли геотекстиль при пристенном дренаже? Если мембрана соприкасается с грунтом и должна выполнять функцию дренажа, фильтрующий слой необходим для защиты каналов от проникновения частиц. Его характеристики подбирают с учётом грунта.
• Что делать, если производитель не указал нагрузку и градиент? Такой показатель нельзя считать достаточным для точного расчёта. Следует запросить технический лист или протокол испытаний с условиями определения водопропускной способности.

Вывод

Водоотводящая способность профилированной мембраны зависит не только от высоты выступов и конструкции полотна. На неё влияют давление, гидравлический градиент, направление потока, состояние геотекстиля и продолжительность нагрузки.

Для корректного выбора необходимо:

1. рассчитать объём поступающей воды;
2. определить условия работы материала;
3. сравнить показатели нескольких мембран при одинаковой нагрузке и градиенте;
4. проверить геотекстиль и нижний водоприёмный узел;
5. оценить всю систему — от поступления воды до её окончательного сброса.

Такой подход позволяет выбрать мембрану не по самой привлекательной цифре в таблице, а по её способности решить конкретную инженерную задачу.