Водоотлив

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Водопонижение (искусственное пониже­ние уровня подземных вод путем их откачки или отвода) применяется при разработке кот­лованов, возведении подземных сооружений, для постоянного снижения уровня подземных вод на территории промышленных предприя­тий, гражданских сооружений и сельскохозяй­ственных угодий и для защиты их от подтоп­ления при подъеме уровня подземных вод [1, 2]. Понижение уровня подземных вод до­стигается применением водоотлива, дренажа, открытых и вакуумных водопонизительных скважин, иглофильтров и электроосмоса.

Наряду с положительным эффектом водо-понижения, позволяющего вести земляные ра«боты, возводить и эксплуатировать сооружения в осушенных грунтах, возникают и отрицател:->-ные явления. Фильтрационный поток, форми­рующийся в направлении к месту отбора во­ды (к скважинам, дренажу или к горной выра­ботке), создает гидродинамическое давление на грунт, ослабляет прочностные связи в нем и может вызвать вынос частиц грунта. Пони­жение уровня воды вызывает уменьшение взвешивающего давления в грунте и, ка*с следствие, дополнительные его осадки. Кроме того, происходит выделение растворенных и воде газов и химических веществ, в осушенное пространство проникает воздух, в результате чего изменяется среда, окружающая подземныэ сооружения.

Разрыхление и уплотнение грунтов, вызы­вающее дополнительные их осадки, возможно и в процессе бурения водопонизительных сква­жин, погружения и извлечения иглофильтров, поэтому при проектировании водопонижения' необходимо предусматривать мероприятия по защите от нарушения оснований сооружений и откосов котлованов, а также по охране окру­жающей среды, т. е. не должны допускаться: истощения ресурсов подземных вод и их за­грязнения; загрязнения и размыв берегов по­верхностных водоемов; эрозия и высушивание почв; отрицательные последствия осадок грун­тов, сооружений и территорий.

В проектах должно предусматриваться ис­пользование откачиваемых и отводимых вод для промышленных, сельскохозяйственных или коммунальных целей, а также использование взвешенных частиц и растворенных в воде ве­ществ.

¹ В составлении гл. 19 принимал участие инж. А. Б. Мещанский.

КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

Водоотлив

При проектировании водоотлива из котло ванов и траншей должны быть предусмотрены канавки и лотки для сбора и отвода к зумй* фам (водосборникам) поступающих в выемки подземных и поверхностных вод с последую­щей их откачкой на поверхность (рис. 19.1),

Применение водоотлива не имеет ограни­чений в зависимости от вида грунтов (и их фильтрационных свойств). В проекте необхо­димо предусматривать мероприятия (приг.руз-ки откосов и т.п.), исключающие нарушение природной структуры, разуплотнение и оплы­вание грунтов. При разработке грунтов мето­дами гидромеханизации организация водоотли­ва становится более простой, так как откачка подземных вод обычно совмещается с удале­нием пульпы, а в забое допускается разрыхле­ние грунтов фильтрующейся водой. Эффектив­ность применения водоотлива обусловливается

высоким КПД насосного оборудования, мини­мальным, по сравнению с другими способами водопоннжения, объемом откачиваемой воды и возможностью выполнения работ без привле­чения специализированной строительной орга­низации.

19.2,2. Дренаж

В практике строительства, а также для защиты сооружений находят применение сле­дующие виды дренажей: траншейные, закры­тые беструбчатые, трубчатые, галерейные, пла­стовые. Поступающие в них подземные воды самотеком направляются к водоотводящим

коллекторам, сбросным линиям или к водо­сборникам насосных станций (рис. 19.2).

Траншейные дренажи (открытые траншеи и канавы) можно применять для осушения массивов грунта на различных территориях. Такие дренажи являются эффективным средст­вом водопонижения, но применимы лишь в относительно устойчивых грунтах, занимают значительные площади, осложняют устройство транспортных и других коммуникаций и тре«буют существенных эксплуатационных затрат для поддержания их в рабочем состоянии.

Закрытый беструбчатый дренаж (рис, 19.3) представляет собой траншею, заполнен­ную фильтрующим материалом от дна да

уровня подземных вод. В качестве фильтрую­щего материала используется гравий, щебень, камень и др. Закрытый беструбчатый дренаж целесообразно предусматривать в основном для сравнительно недолговременной эксплуа­тации, например на оползневом склоне в пе-

риод осуществления мероприятий, необходи­мых для его стабилизации; на уровне дна кот­лована в период возведения в нем сооружения и т. п.

Трубчатый дренаж — дырчатая труба с обсыпкой песчано-гравийным хматериалом или с фильтровым покрытием из волокнистого ма­териала (рис. 19.4 и 19.5). Для трубчатых дре­нажей используются керамические (табл. 19.1), асбестоцементные (табл. 19.2 и 19.3), бетонные (табл. 19.4) и чугунные (табл. 19.5 и 19.6) трубы, трубофильтры из пористого бетона (ВСИ 13-77 МЭиЭ СССР) и трубы железобе­тонные диаметром 400 М!М (ГОСТ 6482.0 — 79). В мелиоративном строительстве применяются керамические дренажные трубы диаметром 100—250 мм (ГОСТ 8411—74).

Для приема подзехмных вод в асбестоде-ментных и чугунных трубах устраиваются круг­лые или щелевые отверстия (рис. 19.6, а, б, в),

в бетрнных и железобетонных — круглые (рис. 19.6,0). В керамические канализационные тру­бы подземные воды поступают через непол­ностью заделанные зазоры в стыках (рис. 19.6,г), в трубофильтры — через поры в мате­риале их стенок. Материал труб выбирается в зависимости от глубины заложения дрены н агрессивности среды. В агрессивной среде при­меняются керамические и чугунные трубы. При неагрессивной среде могут применяться

трубы из любого указанного выше материала с учетом глубины заложения дрены [1] (табл. 19.7).

Минимальные уклоны дренажных труб принимают в зависимости от их диаметра: 0,005 для диаметра до 150 мм и 0,003 для диамет* ра от 200 мм и выше.

Фильтровые покрытия применяются двух видов: нетканые волокнистые материалы (ма- ты, плиты, войлок) — толщиной в несжатом

состоянии 10 см; сетки и ткани из синтетичес­ких материалов типов ВВГ, ВВТ и ВВК—в четыре слоя, типа ВПМ — в два слоя, типов ССТЭ-6 и СС-1 — в один слой. При использо­вании этих покрытий следует устраивать об-

сыпку песчаного грунта, более проницаемого, чем осушаемый.

Смотровые колодцы (ГОСТ 8020—80 или Типовые конструкции и детали зданий и со­оружений, серия 3.900-3, вып. 7, ч. 1 и 2) рас­полагаются на всех поворотах, перепадах, а также на прямолинейных участках трассы е шагом не более 50 м.

Дренажные галереи (галерейный дренаж-рис. 19.7) проектируются, как правило, высо­той не менее 1,8 м (чаще большей высоты), определяющейся условиями проходки галереи. Применяются такие галереи в ответственных случаях: для особо надежной долголетней эксплуатации, в процессе которой переустрой­ство дренажа в случае выхода его из строя будет невозможным; если выполнить дренаж

можно только подземным способом; при осо­бой его эффективности и экономических преи­муществах по сравнению с другими водопони-зительными устройствами в данных природных условиях; при целесообразности по условиям залегания и характеру водоносных слоев соче­тать дренажные галереи со сквозными фильт­рами, устраиваемыми с поверхности, и со сква­жинами, забуриваемыми из подземных галерей под различными углами. Дренажные галереи полупроходного сечения (высотой 0,9—1,2 м) допускается предусматривать, если при их эксплуатации требуются лишь редкие осмотры и несложные ремонты.

При устройстве дренажных галерей откры­тым способом фильтрующая обсыпка подбира­ется и укладывается так же, как и при труб­чатом дренаже. При устройстве дренажной га­лереи подземным способом в прочных скаль­ных породах она должна выполняться, как правило, без крепления. При необходимости крепления пространство за ним должно быть плотно заполнено фильтрующим материалом и незацементировано. Для приема воды в обдел­ке галереи устраиваются отверстия различной формы, которые должны иметь достаточную общую площадь. Обделку (крепь выработки) дренажной галереи можно проектировать из пористого бетона, из бетона или железобетона с отверстиями (см. рис. 19.7, а), из отдельных блоков (см. рис. 19.7,6), из сборного железо­бетона (см. рис. 19.7, в), из дерева и каменной

кладки. Уклон дренажных галерей целесооб­разно принимать не менее 0,003 в сторону вы­пуска (портала штольни, шахты). В галерее должны быть устроены бетонный лоток или водоотводная канавка.

Пластовый дренаж представляет собой развитый по площади слой фильтрующего ма­териала, укладываемого в основании соору­жения (рис. 19.8, а), а также на откосах кот­лованов, карьеров (рис. 19.8,6) и водоемов, на природных склонах и в основании грунтовых отвалов при необходимости ускорения их кон­солидации. Вода из пластового дренажа отво­дится по трубчатым и беструбчатым дренам, лоткам и канавам.

Под сооружениями пластовый дренаж вы­полняется однослойным или двухслойным. Од­нослойный дренаж из щебня или из гравия укладывают на скальные или полускальные трещиноватые грунты. В пылеватых мелких песках и глинистых грунтах пластовый дренаж устраивают двухслойным. Нижний слой дре­нажной отсыпки выполняется из песка сред­ней крупности с минимальной толщиной слоя 100 мм; верхний—из щебня или из гравия ми­нимальной толщиной 150 мм. Крупность щеб­ня или гравия рекомендуется принимать 3—• 20 мм при коэффициенте неоднородности мате­риала не более 5. Содержание глинистых и пылеватых частиц в щебне не должно быть бо­лее 3 %. Водораздел дна котлована, имеющего уклон в сторону трубчатой дрены, должен на­ходиться от нее не далее 30 м.

В конструкцию пластового дренажа за­глубленных сооружений входит пристенный дренаж, который представляет собой верти­кальный слой из проницаемого материала, со­прягающийся с пластовым дренажем. При­стенный дренаж устраивается с наружной сто­роны заглубленного сооружения и выводится на отметку, превышающую максимальный уро­вень подземных вод не менее чем на 0,3 м.

На откосах пластовый дренаж следует проектировать однослойным. В качестве филь­трующих материалов в зависимости от грану­лометрического состава водоносных грунтов применяется средний и крупный песок или пес-чано-гравийные смеси с коэффициентом неод­нородности О₆₀/Ою<20,

При устройстве дренажа грунтовых отва­лов слой фильтрующего материала укладыва­ется по всей площади их основания, перекры­вая сеть систематически расположенных ка­нав, заполненных фильтрующим материалом. Площадь поперечного сечения этих канав дол­жна быть не менее 0,1 м². Из них вода отво­дится в открытую канаву, пройденную вдоль фронта отвала.

19.2.3. Открытые водопонизительные скважины

Открытые (сообщающиеся с атмосферой)

зслопонизительные скважины применяются а,дя водопонижения в нескальных грунтах с

коэффициентом фильтрации 2 м/сут и более; они применяются также в нескальных грунтах с коэффициентами фильтрации менее 2 м/суг и в скальных, если опытные данные подтверж­дают эффективность такого применения.

Применяются следующие виды открытых водопонизительных скважин: скважины, обо­рудованные насосами; сквозные фильтры, с помощью которых подземные воды из всех про­резаемых скважинами водоносных слоев сбра­сываются в подземные дренажные галереи; самоизливающиеся скважины с изливом воды через устье; водоиоглощающие скважины, г помощью которых подземные воды из осуша­емого слоя сбрасываются в другой, лежащий ниже слой.

Скважины, оборудованные насосами (рис. 19.9), применяются в разных условиях. Скважинные насосы используются в основном с погружным электродвигателем или с двигате­лем, установленным на поверхности, и верти­кальным трансмиссионным валом. При необ­ходимости (например, при отсутствии электро­энергии) могут быть использованы и другие типы водоподъемников (эрлифты, гидроэле­ваторы, поршневые насосы).

Основным конструктивным элементом та­ких водопонизительных скважин обычно явля­ется фильтровая колонна, состоящая из фильт­ра, отстойника, длина которого принимается 2—5 м, и защитных (надфильтровых) труб, внутри которых, по возможности выше фильт­ра, размещается насос. Размещение, при необ­ходимости, погружного электродвигателя ниже фильтра возможно лишь при выполнении уст­ройств, обеспечивающих циркуляцию охлаж­дающей воды вокруг двигателя. Типоразмер фильтровой колонны рекомендуется принимать следующий за минимально допустимым для выбранного насосного агрегата. Зазор между фильтровой колонной и стенками скважины заполняется песчано-гравийной обсыпкой из одного или двух слоев. В бесфильтровых сква­жинах участок, где устанавливается насос, и выше до поверхности земли закрепляется глу­хими трубами.

Скважины, оборудованные насосом, долж­ны быть снабжены манометром, задвижкой, обратным клапаном, краном для отбора проб воды и водомерным устройством. В системах водопонизительных скважин, работающих а

практически одинаковых гидрогеологических условиях, часть из них (не менее чем одна из десять скважин) должна быть оборудована пьезометрическими трубами в фильтровой ко­лонне и в затрубном пространстве для замеров уровней воды. Оголовок водопонизительноч скважины, проектируемой на срок эксплуата­ции более 1 года, рекомендуется располагать в заглубленной камере или в наземном павиль­оне.

Бесперебойность электроснабжения сква-жинных насосов принимается по II категории. Для насосных скважинных установок следует предусматривать автоматизацию работы обо­рудования (в зависимости от уровня воды в скважинах) с сигнализацией об аварийном от­ключении на диспетчерский пункт или диста;-*-ционное управление.

Сквозные фильтры (рис. 19.10) целесооб­разно применять в тех случаях, когда техниче­ски возможно и экономически оправдано уст­ройство подземных дренажных галерей. Кон­струкция сквозного фильтра при необходимо­сти включает в себя фильтровую колонну (см. табл. 19.8) и песчано-гравийную обсыпку. Фильтровая колонна состоит из фильтров, ус­танавливаемых в нижней части каждого водо­носного слоя, глухих труб, перекрывающих во­донепроницаемые слои, оголовка, и выпуска. Оголовок должен возвышаться над поверх­ностью земли не менее чем на 0,5 м и иметь крышку, препятствующую попаданию в сква­жину посторонних предметов. Выпуск из сквозного фильтра оборудуется задвижкой ш

манометром. Вокруг фильтровой колонны уст­раивается песчано-гравийная обсыпка.

Самоизливающиеся скважины с изливом воды через устье в зависимости от их назна­чения и условий выполнения могут быть верти­кальными, горизонтальными или наклонными и применяются в тех случаях, когда возможен излив из них на более низкий уровень, чем требуемый пониженный уровень подземных вод.

Вертикальные или наклонные под неболь­шим углом к вертикали самоизливающиесл скважины (рис. 19.11, а), забуриваемые в ле­жащие ниже (по отношению к горизонту за-буривания скважины) водоносные слои, ис­пользуются для снижения избыточного напора подземных вод и предохранения от нарушения

устойчивости грунтов. Водоприемная часть скважины заглубляется в наиболее водообиль-ную зону водоносного слоя, содержащего на­порные воды. Ниже водоприемной части в скважине устраивается отстойник. Излив из устья следует направлять в водоотводящие лотки, трубопроводы или в сифонный коллек­тор.

Горизонтальные или расположенные под небольшим углом к горизонту самоизливаю­щиеся дренажные скважины, устраиваемые с берм на откосах (рис. 19.11,6), предназнача­ются для забора воды из глубины грунтового массива. Такие скважины размещаются в по­дошве водоносных слоев вблизи их контакта с водоупорными слоями или в местах сосредо­точенной фильтрации для ее прекращения и предотвращения суффозионного выноса грунтов через откосы котлованов и природные склоны.

В подземных дренажных галереях для усиления их водозахватной способности (в за­висимости от гидрогеологических условий) применяются самоизливающиеся дренажные скважины любого направления (рис. 19.11, в).

Лучевые скважины, как правило, горизон­тальные, а при необходимости наклонные при­меняются при горизонтальном залегании водо­носных слоев. Эти скважины бурят из шахт­ных колодцев в радиальных направлениях (рис. 19.12).

При слоистом строении водоносной толщи лучевые скважины можно бурить из шахтных колодцев на разной глубине в каждый водо­носный слой, в котором требуется понизить уровень подземных вод. Число гнезд в стенках колодцев для устройства лучевых скважин принимается в 1,5—2 раза больше расчетного числа лучей (на случай замены или устрой­ства при необходимости дополнительных сква­жин). Лучевые водозаборы отличаются высо­кой производительностью. Их оборудуют обыч­но центробежными насосами с высоким КПД, устанавливаемыми в шахтном колодце.

Водопоглощающие скважины применяются в тех случаях, когда верхний осушаемый слой имеет достаточную толщину ниже той отмет­ки, до которой требуется снизить уровень под­земных вод, а лежащий ниже (поглощающий) слой имеет высокую поглощающую способ­ность; если нижний слой водонасыщен, то не­обходимо, чтобы разность пьезометрических уровней подземных вод в верхнем и нижнем слоях была значительной. Ниже поглощающей части скважины устраивается отстойник. Сква­жина должна быть защищена от засорения и доступна для чистки ее с помощью бурового станка.

Дата добавления: 2015-07-20