Urządzenie studni abisyńskiej własnymi rękami: jak zrobić odwiert-igłę na działce
Podłączenie małej wiejskiej posiadłości do centralnego wodociągu jest często niemożliwe ze względu na oddalenie przebiegu magistrali wodociągowej. Kopanie studni lub wiercenie odwiertu bywa nieosiągalne finansowo, a do budowy autonomicznego systemu potrzebne jest własne źródło wody.
W takich przypadkach można urządzić studnię abisyńską własnymi rękami – technologia organizacji takiego źródła poboru wody jest dość prosta. Zgadzam się, przed rozpoczęciem realizacji pomysłu należy zrozumieć konstrukcję i zasadę działania systemu.
Podpowiemy, jak zaplanować studnię abisyńską, jakie urządzenia będą potrzebne i jak samodzielnie wykonać odwiert-igłę. Szczególną uwagę należy zwrócić na rodzaj gruntu na działce.
Spis treści artykułu:
Zasady działania studni abisyńskiej
Studnia abisyńska to uproszczona wersja odwiertu, pozwalająca pozyskiwać wodę z pierwszego lub drugiego poziomu wodonośnego zalegającego od góry. Jej konstrukcja jest niezwykle prosta. Składa się z kolumny połączonych ze sobą stalowych rur gazowo-wodociągowych z prostym filtrem i metalową końcówką na dole.
Cienki pień wyrobiska zewnętrznie przypomina najstarsze narzędzie do szycia. Stąd druga nazwa: odwiert-igła.

Klasyczna metoda zanurzania studni abisyńskiej w ziemi polega na zwykłym wbijaniu – najprostszej metodzie, chętnie stosowanej przez majsterkowiczów. Wbija się tak długo, aż dolna rura z końcówką przebije warstwę wodonośną.
Czasami kolumnę częściowo zagłębia się za pomocą wiercenia ślimakowego, ale wynajem ręcznej lub mechanicznej wiertnicy znacznie zwiększa budżet prac.
Studnia abisyńska została wynaleziona i wypróbowana w czasie wojny między kolonialną Anglią a Etiopią w latach 1867–68. Zaproponowana przez amerykańskiego inżyniera Nortona konstrukcja niestrudzenie zaopatrywała wojska angielskie w wodę podczas ich przemarszów przez pustynię.
Urządzenie do wydobywania życiodajnej cieczy z podziemnych warstw gruntu było szybko montowane, demontowane i ponownie używane na następnym postoju.
Takie priorytety jak mobilność, niska cena i prostota budowy zostały docenione przez wojskowych, przyciągały podróżników i badaczy.

W Rosji z tym wspaniałym wynalazkiem zapoznano się rok po zakończeniu kampanii angielskiej. Urządzenie do podnoszenia wody z niewielkiej głębokości zostało opisane przez K. I. Maslannikowa w książce poświęconej ówczesnym skutecznym narzędziom wiertniczym.
Z pięciu urządzonych w rejonie Carskiego Sioła studni abisyńskich, dwie okazały się całkowicie nadające się do uzyskania świeżej wody. Trzy nie były w stanie dotrzeć do warstwy wodonośnej z powodu wapienia zalegającego blisko powierzchni dziennej.
Udane studnie abisyńskie dawały na minutę po wiadrze. Początkowo szła mętna ciecz, która po półgodzinnym pompowaniu stawała się wystarczająco przezroczysta i czysta.
Studnią igłową udostępniane są tylko pierwsze od powierzchni ziemi poziomy wodonośne, dlatego uzyskana woda nie może być używana do celów pitnych. Nadaje się do podlewania, sprzątania terenu i podobnych potrzeb gospodarczych.
W razie chęci i przy znacznym wydatku wydobycia, w celu oczyszczenia wody można zainstalować system filtrów gruboziarnistych i drobnoziarnistych, zatrzymujących wtrącenia mechaniczne i zanieczyszczenia chemiczne.

Specyfika konstrukcyjna odwiertu-igły
Opracowane półtora wieku temu abisyńskie urządzenie wiertnicze w ciągu minionych lat nie uległo radykalnym zmianom konstrukcyjnym. Przez pewien czas było wręcz niesłusznie zapomniane. Choć pod względem tempa i prostoty budowy, a także ceny urządzenia, wyprzedza powszechnie stosowane tradycyjne studnie.
W konstrukcji studni abisyńskiej wyróżnia się dwie główne składowe:
- Narzędzie wiertnicze, składające się z przecinającego grunty grotu oraz trzonu przedłużanego w trakcie zagłębiania w grunt. Trzon jednocześnie służy jako kanał do podnoszenia wody z głębokości. Dlatego jest montowany z odcinków rury, a nie ze stalowego pręta lub walcówki.
- Kafar, składający się z metalowego trójnogu i ciężkiej baby pełniącej rolę młota. Na szczycie trójnogu znajdują się dwa bloki, przez które przewleczone są liny, do których przywiązana jest baba.
Przy napinaniu lin baba unosi się do szczytu urządzenia. Przy ich rozluźnieniu gwałtownie opada na sztywno zamocowany na wbijanym odcinku trzonu podbabek. Ten ostatni pełni funkcję kowadła, dzięki czemu trzon jest sukcesywnie zagłębiany w grunt.

Podbabek stanowi swoistego rodzaju jarzmo, składające się z dwóch symetrycznych części. Powierzchnia styku baby z podbabkiem jest nieco większa niż powierzchnia dna spadającego na niego «młota».
Po tym, jak wbijany odcinek trzonu prawie całkowicie zagłębi się w ziemię, podbabek jest zdejmowany. Do zagłębionego odcinka rury przykręca się następny, na którym ponownie mocuje się jarzmo-kowadło.

Czynności związane z zagłębianiem narzędzia wiertniczego powtarza się, aż dolna część igły studziennej, budowanej własnymi rękami, osiągnie warstwę wodonośną. Warstwę wodonośną należy nie tylko otworzyć, ale także przewiercić co najmniej na metr.
Zgodnie z zasadami, warstwę należy przeciąć na 2/3 jej miąższości, jednak samodzielnemu wiertaczowi rzeczywiste rozmiary warstwy wodonośnej są najprawdopodobniej nieznane. Trudno je ocenić bez badań hydrogeologicznych.

Pojawienie się wody w otworze należy okresowo monitorować. Profesjonalni wiertacze do pomiaru poziomu wody w otworze mają najprostsze urządzenie, które idealnie określa głębokość poziomu wodonośnego przy jego występowaniu do 15 m.
To wydrążony metalowy cylinder, nazywany pukawką. Urządzenie przypomina odwróconą cienką szklankę przymocowaną za pomocą pętli do ruletki.

Gdy krawędź pukawki dotknie powierzchni wody, słychać trzask informujący o pojawieniu się poszukiwanej wody w studni. Podobne urządzenie kontrolne można wykonać samodzielnie, przywiązując do sznurka dużą nakrętkę tak, aby mogła płasko dotykać powierzchni wody.
Zamiast nakrętki dobrze byłoby znaleźć niezbyt lekki plastikowy lub metalowy stożek, otwarty z jednej lub obu stron.
Istnieje jeszcze jeden pomysłowy środek służący jako przyrząd kontrolny. Banalnie monitorować pojawienie się wody w studni abisyńskiej można, opuszczając do pnia zwykłą rurę polimerową. O kontakcie z lustrem wody gruntowej zasygnalizuje charakterystyczny trzask.
Technologia wykonania kolumny rur
W produkcji przemysłowej studni abisyńskich nie ma. Wykonanie urządzenia zamawia się w warsztacie lub robi własnoręcznie.

Aby wykonać studnię igłową, będą potrzebne:
- Rury VGP grubościenne, w których oznaczeniu podano «wzmocnione». Optymalny wymiar średnicy zewnętrznej rury od 25 do 40 mm. Należy pamiętać, że im grubszy trzon, tym trudniej go wbijać w ziemię, a na wydajność studni grubość rury nie ma żadnego wpływu.
- Stalowa końcówka, toczona na tokarce. Długość elementu 10–12 cm, Ø o 1–2 cm większy od Ø rury, aby tarcie gruntu o trzon nie spowalniało procesu wbijania. Końcówka może być stożkowa lub ostrosłupowa, ale nie spawana z klinowatych odcinków rury.
- Stalowa siatka o gęstym splocie pasmanteryjnym, niezbędna do wykonania dodatkowego filtra. Zapobiegnie przedostawaniu się drobnych ziaren piasku, a nawet zawiesiny gliniastej.
Do wykonania trzonu lepiej nabyć rurę bezszwową, która przy wbijaniu z pewnością nie pęknie. Rurę należy pociąć na odcinki o długości około 1,2–1,5 m. W wierceniu nazywane są one prętami.
Podane wymiary są zalecane na podstawie największej wygody pracy. Konkretna długość odcinków w określonym przedziale zależy od przewidywanej głębokości wykopu. Pożądane jest, aby jeden z nich miał 1 m do ostatecznego zagłębienia w warstwę wodonośną.

Wydłużanie kolumny wykonuje się w miarę zagłębiania pocisku, poprzez kolejne nakręcanie odcinków rury WGP.
Do wykonywania połączeń na końcach odcinków nacinane jest 7 zwojów gwintu hydraulicznego i stosowane są stalowe złączki. Połączenia wykonuje się szczelnie, w gwint wkłada się pakunek hydrauliczny.

Do pierwszego odcinka przyszłej kolumny przyspawany jest grot i wyposażony w prymitywny filtr – to część chłonna wody. W początkowym odcinku rury wierci się otwory o średnicy 8-10 mm tak, aby elementy tej perforacji były rozmieszczone w pewnym układzie szachownicy.
Pomiędzy umownymi poziomymi rzędami otworów powinno być około 5 cm: nie należy robić ich bliżej, aby nie osłabić rury.
Wiercenie otworów rozpoczyna się, odsuwając się od dolnej krawędzi około 15 cm w tym samym celu zachowania parametrów wytrzymałościowych. W miejscu połączenia pierwszego odcinka kolumny z następnym prętem montowany jest zawór zwrotny systemu pompowego.
Najczęściej jest to kulka przepuszczająca wodę tylko w kierunku pompy.
Udoskonalenie elementu filtracyjnego
Opisany filtr ochroni przed dostawaniem się żwiru i drobnych otoczaków, ale nie uchroni przed drobniejszymi wtrąceniami. Dlatego wymaga modernizacji. Aby przekształcić perforowany odcinek rury w filtr o wyższym stopniu ochrony, należy go przerobić.
Kolejność czynności:
- Na rurę nawija się zwoje drutu ze stali nierdzewnej. Służą one do zwiększenia powierzchni filtra. Odległość między zwojami wynosi 3-5 mm.
- Otrzymany półfabrykat szczelnie owija się kawałkiem siatki ze stali nierdzewnej, którą przylutowuje się do ścianek rury. Używa się wyłącznie lutu cynowego, ponieważ zastosowanie stopu z ołowiem negatywnie wpłynie na cechy jakościowe wody.
Istnieje opinia, że dla większej pewności zmodernizowany filtr należy zewnętrznie owinąć drutem walcowanym ze stali nierdzewnej. Pozwalamy sobie wątpić w niezawodność takiego wzmocnienia. Uważamy, że podczas zanurzania w gruncie zewnętrzne zwoje samodzielnie wykonanego filtra z pewnością odczepią się, zwiększą tarcie i znacznie utrudnią wbijanie.

Przeróbka filtra to dobra rzecz, przyczyniająca się nie tylko do optymalizacji jakości wody, ale także zapobiegająca zamulaniu studni igłowej.
Jednak przy całej prostocie urządzenia wymagane jest ścisłe przestrzeganie zasad:
- Do filtra siatkowego nie nadaje się siatka z mosiądzu ani innych metali nieżelaznych. W połączeniu ze stalą przy mocnym lutowaniu utworzą one parę galwaniczną, szybko i bez przeszkód niszczoną przez korozję.
- Średnica rury perforowanej wraz z dodatkowym filtrem nie powinna być równa ani większa od maksymalnej średnicy końcówki. W przeciwnym razie ważne dodatki filtrujące oddzielą się od rury podczas wbijania w grunt.
- Do budowy kolumny wiertniczej oraz pierwszego ogniwa, które jest częścią czerpalną przewodu, nie nadają się kruche rury żeliwne.
Nie warto też oszczędzać na złączkach, kupując chałupnicze wyroby z niskiej jakości gwintowaniem. Jeśli podczas wbijania połączenia się rozdzielą, igłę będzie trzeba zdemontować, a studnię ponownie przejść.
Warunki do budowy studni abisyńskiej
Do urządzenia studni abisyńskiej nie wystarczy gorące pragnienie właściciela działki, poparte znajomością konstrukcji instalacji poboru wody. Przed rozpoczęciem prac należy ustalić, czy warunki geologiczne są odpowiednie do budowy studni igłowej.
Grunty zalegające w ziemi różnią się właściwościami fizyko-mechanicznymi: gęstością, strukturą, parametrami twardości itd. Wiertnicy mają klasyfikację według tzw. 'wiercistości' skał.
Do przewiercania piaskowca i piasku stosuje się na przykład różne rodzaje narzędzi i metody wiercenia. Piaskowiec skalny wierci się rurą rdzeniową z koronką z węglików spiekanych, a piaski wodonośne wydobywa się metodą udarowo-linową za pomocą łyżki wiertniczej.

Ze względu na ogół właściwości fizyko-mechanicznych wraz z wiercistością skały dzieli się umownie na:
- Twarde lub skalne. Są zdolne do pękania, kruszenia się, stopniowo ulegają zniszczeniu podczas wiercenia z dużą prędkością i ciśnieniem. Twarde skały są reprezentowane w górnej części osadów przez wapienie, piaskowce, margle, dolomity itp.
- Plastyczne. Łatwo lub stosunkowo łatwo poddają się cięciu nożem i narzędziem wiertniczym, w tym końcówką studni abisyńskiej. Do plastycznych przedstawicieli należą gliny, iły, piaski gliniaste o wysokiej liczbie plastyczności.
- Sypkie. Nie utrzymują kształtu, ponieważ składają się z niepołączonych ze sobą cząstek. Przy nasyceniu wodą niektóre pylaste rodzaje mogą 'płynąć'. Do sypkiej odmiany należą piaski wszystkich kategorii wielkości, żwirowo-otoczakowe, żwirowo-tłuczniowe i podobne osady.
Domowi majsterkowicze, chcący zająć się urządzeniem studni abisyńskiej, nie mają do dyspozycji narzędzi wiertniczych do przewiercania wszystkich wymienionych typów gruntów. Samodzielni wiertnicy będą w stanie przebić tylko kategorie plastyczne i sypkie. Rozkruszenie twardej skały końcówką studni abisyńskiej jest niemożliwe.

Nie warto próbować rozbić dużego głazu: lepiej nieco się przemieścić i tam ponownie rozpocząć wydobycie. Tym bardziej że demontaż urządzenia poboru wody jest wielokrotnie szybszy niż instalacja.
Oprócz ograniczeń wiercenia, na możliwość wykonania studni igłowej wpływa wysokość lustra wody. Faktem jest, że wydobycie jej z cienkościennego wyrobiska można powierzyć tylko naziemnym urządzeniom pompującym. Większość modeli pomp powierzchniowych jest w stanie podnieść wodę z głębokości nie większej niż 8 m.

Nawet jeśli w karcie technicznej głębokość ssania jest podana na około 10 m, nie należy zapominać o standardowych stratach ciśnienia w kolumnie i o tym, że pompa zwykle transportuje wodę również po odcinku poziomym.
Każde 10 m przemieszczenia poziomego odejmuje 1 m od głębokości ssania. Ponadto zaleca się, aby pompy powierzchniowe umieszczać w pomieszczeniach zamkniętych, które często są oddalone od miejsca poboru wody.
Jeśli oprócz studni abisyńskiej nie ma żadnego innego wyjścia, a głębokość występowania wody w pobliskich studniach jest odnotowywana na 12–15 m od powierzchni ziemi, to do podnoszenia wody należy zaopatrzyć się w airlift lub pompę ręczną zdolną do pompowania wody z tej głębokości.

Przydatne informacje o tym, jak znaleźć wodę na działce do studni i ocenić położenie warstw wodonośnych, znajdują się w tym artykule.
Alternatywnym sposobem dostosowania igły wodociągowej do nieodpowiedniego poziomu wody gruntowej jest wykonanie wykopu (przyjamka). Przed wbiciem kolumny w ziemię wykopuje się jamę o głębokości około metra, o szerokości dogodnej do pracy łopatą w niej. Wbijanie prętów rozpoczyna się wtedy z dna wykopu. Pompa w takich sytuacjach jest instalowana w wykopie.

Sam sobie hydrogeolog: ocena gruntu
Jakkolwiek prosty wydaje się proces wbijania studni igłowej, staranne przygotowanie do prac jest jednak konieczne. Nie wystarczy zaopatrzyć się w pręty i początkowy odcinek z filtrem, wypożyczyć lub wykonać własny kafar. Potrzebne są informacje o sytuacji geologicznej i hydrogeologicznej w rejonie wykonywania studni abisyńskiej.
Gdzie i jak je pozyskać? Informacje o poziomie wody gruntowej można dosłownie zaczerpnąć z sąsiedniej studni lub odwiertu.
Należy samodzielnie zmierzyć za pomocą chlupaczki lub zapytać właściciela źródła, z jakiej głębokości pompuje wodę. Przy okazji można dowiedzieć się, jaki grunt wydobyto z dna podczas wiercenia lub kopania wykopu.

Na terenach równinnych warstwy skalne zalegają prawie poziomo z niewielkim wygięciem lub lekkim nachyleniem. Zwierciadło wody gruntowej znajduje się w przybliżeniu na tej samej bezwzględnej wysokości. Różnica w głębokości istniejącej i planowanej studni może wynikać jedynie z różnic w ukształtowaniu terenu.
Należy pamiętać, że studnią abisyńską odsłania się wierzchówkę lub następującą po niej warstwę wodonośną, przykrytą gliną lub gliną piaszczystą, ale nie skalistą warstwą nieprzepuszczalną. Tj. poziom wody w wykopie będzie zdecydowanie niestabilny – zależny od ilości opadów atmosferycznych.
W okresie roztopów i w porze deszczowej zwierciadło wody gruntowej będzie wyższe niż w suchej porze roku. U właściciela istniejącego punktu poboru wody należy dowiedzieć się, jakie są maksymalne i minimalne wahania poziomu wody, aby w suche lato studnia abisyńska nie okazała się pusta.

Kwestia wydobywanych skał wcale nie jest bez znaczenia. Na przykład w obwodzie leningradzkim wodę pozyskuje się z grubych piasków zawierających znaczną ilość masywnych głazów.
Nierzadko z powodu niemożności rozkruszenia i wydobycia ogromnego kamienia wiertacze przesuwają odwiert poboru wody. Podobnie należy postąpić, jeśli w regionie budowy studni abisyńskiej występują podobne grunty.
Bezcelowe jest wykonywanie wbijania przy wysokim zaleganiu masywów skał twardych i półtwardych. Jeśli na sąsiedniej działce pozyskuje się wodę podziemną występującą w spękanych dolomitach, piaskowcach, wapieniach, to z pomysłem wykonania odwiertu igłowego trzeba będzie bezlitośnie się pożegnać.
Szczegółowe informacje na temat przeprowadzenia badań geologicznych zostały przedstawione w artykule – Gdzie i kiedy najlepiej wiercić studnię na działce: ogólne zasady + porady doświadczonych wiertaczy
Dla tych, którzy zdecydowali się zrobić studnię abisyńską z wykopem, niezbędne są informacje o strukturze i stanie warstw gruntu zalegających na głębokości szurf. Jeśli przekrój jest złożony z piasków gliniastych, glin piaszczystych lub ich naprzemiennych warstw, ściany wykopu nie muszą być wzmacniane.

Jeżeli wykop wykonuje się w piaskach, ściany należy wzmocnić deskowaniem lub betonem. Piaszczyste krawędzie są niestabilne, mogą się zawalić i zasypać punkt poboru wody wraz z urządzeniami pompującymi.
Pytania o górne warstwy gruntu są potrzebne także tym, którzy planują przejść górną część wyrobiska świdrem. Wiercenie świdrem znacznie przyspieszy proces, ale może nie przynieść zaplanowanego rezultatu. Do pracy używa się prostego urządzenia – kupnego lub własnoręcznie wykonanego świdra.
Przy osypujących się piaszczystych ścianach konieczna będzie instalacja rury osłonowej, dzięki której zmniejszą się ekonomiczne zalety studni abisyńskiej.
Podsumowanie i przydatny film na ten temat
Analiza zalet i wad studni abisyńskiej w porównaniu z konwencjonalną studnią:
Film o pogłębianiu świdrem z późniejszym wbiciem studni abisyńskiej:
O bezcelowości poszukiwania wody metodą ludową za pomocą różdżek:
Instalacja i eksploatacja studni abisyńskiej to najprostsza i najtańsza metoda pozyskiwania wody z górnych warstw wodonośnych. Do budowy ujęcia wodnego nie będzie potrzebny sprzęt, wszystkie etapy prac można łatwo wykonać własnymi rękami.
Włożone wysiłki i niewielkie nakłady szybko się zwrócą, studnia abisyńska będzie służyć nie mniej niż tradycyjne źródła wody. Ważne jest, aby zapalić się do pomysłu i zrealizować go, uzbrojonym w przedstawione przez nas informacje.
Czy posiadają Państwo praktyczne umiejętności w zakresie urządzania studni igłowej na działce? Proszę podzielić się nagromadzoną wiedzą lub zadać pytania na ten temat w komentarzach poniżej.

Tak, to prawda, ale podczas czytania artykułu nasunęło mi się naturalne pytanie. Czy to oznacza, że na działce trzeba będzie wykonać dwie studnie? Jedną do celów gospodarczych, drugą jako źródło wody pitnej. Ale po co? Oczywiście można zamontować system uzdatniania, ale wymaga on obsługi i okresowej wymiany. Moim zdaniem lepiej wywiercić jedną studnię artezyjską i używać wody do wszystkiego. Nie wiem, jak jest w innych regionach, ale w Chabarowsku woda ze studni kopanej jest fatalnej jakości.
Taka studnia ma zarówno zalety, jak i wady. Cena jest dwa, a nawet cztery razy niższa niż w przypadku tradycyjnej studni z betonowych kręgów. Jeśli zostanie prawidłowo wykonana, woda jest podnoszona z głębokości, więc jest czysta, nie przedostaje się woda gruntowa. Woda jest zazwyczaj miękka, bez zawartości żelaza, można ją używać do picia bez specjalnego oczyszczania. Jest jednak ryzyko przebicia warstwy i konieczności podniesienia studni. Poza tym ta metoda nie sprawdza się na każdej działce: warstwa wodonośna może zalegać głębiej niż 15 m.