Водоотлив и водопонижение

В водоносных грунтах выемки разра­батывают при условии устройства водо­отлива или искусственного понижения уровня грунтовых вод.

Открытый водоотливосуществляется в плотных, хорошо дренирующих грун­тах, путем откачки воды диафрагмовы-ми, поршневыми или центробежными насосами непосредственно из выемки в процессе разработки грунта ниже уров­ня грунтовых вод, а также после дости­жения проектного уровня для беспре­пятственного выполнения последую­щих работ (устройство фундаментов, прокладка труб и т. д.).

Для сбора воды дну котлована или траншеи придают небольшой уклон в сторону водосборных приямков (зумпфов), устраиваемых в пределах выемки или вне ее. Стенки приямков крепят шпун-

том или деревянными ящиками без дна размером 1x1 м; на дно приямков насыпают фильтрующий материал (ще­бень или гравий). При необходимости дополнительно по контуру дна котло­ванов устраивают открытые водоподво-дящие канавы, выполняющие роль дре­нажа, которые засыпают гравием.

Открытый водоотлив является наи­более простым и экономичным спосо­бом водопонижения, но имеет ограни­ченное применение вследствие того, что в выемке практически почти всегда при­сутствует вода, усложняющая производ­ство работ и способствующая наруше­нию естественной структуры основа­ния.

Поэтому во многих случаях прихо­дится прибегать к искусственному по­нижению уровня грунтовых вод.Для этой цели применяют легкие иглофиль-тровые установки, позволяющие при одноярусном расположении понизить уровень грунтовых вод на 4...5 м, а при двухъярусном — на 7...9 м; установки с вакуумным водопонижением; эжек-торные иглофильтры, обеспечивающие понижение зеркала грунтовых вод на 16...20 м и трубчатые колодцы с глу­бинными насосами, откачивающие воду с еще больших глубин.

Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) применяются преимущественно для осушения песча­ных грунтов с коэффициентом фильтра­ции 1,5...2 м/сут. В комплект ЛИУ вхо­дят иглофильтры (до 100 шт.), водосбор­ный коллектор диаметром 150 мм и для обеспечения бесперебойной работы ус­тановки — два центробежных насоса,

Рис. Ш.З. Понижение уровня грунтовых вод легкими иглофильтровыми установками: а — котлован с иглофильтрами, установленными на один ярус; б — установка иглофильтров в два яруса; в — гидравлическое погружение иглофильтра; г — фильтровое звено и схема работы клапанов при гидравли­ческом погружении иглофильтра; д — то же, при откачке воды; 1 — центробежный насос; 2 — задвижка; 3 — коллектор; 4 — иглофильтры; 5 — подводящий трубопровод; 6 — насос; 7 — напорный рукав; 8 — хомут для ручного регулирования; 9 — приямок; 10 — всасывающий коллектор; 11 — фильтровая сетка; 12 — защит­ная сетка; 13 — стальная спиральная обмотка; 14 — наружная труба с отверстиями; 15 — внутренняя труба; 16 — кольцевой клапан; /7— шаровой клапан; 18 — стопорный болт; 19 — наконечник; 20 — кривая депрессии при откачке воды из первого яруса; 21 — то же, при откачке из второго яруса

один из которых резервный (рис. Ш.З, а).

Иглофильтр представляет со­бой трубу диаметром 38 мм, длиной до 8,5 м, к нижнему концу которой при­соединено фильтровое звено (рис. III. 3, г), состоящее из двух труб: внутрен­ней, являющейся продолжением общей трубы диаметром 38 мм, и наружной, диаметром 60 мм с равномерно распре­деленными отверстиями для пропуска воды. Наружная труба по спирали об­мотана проволокой диаметром 3 мм и покрыта фильтровой и защитной сетка­ми. Фильтровое звено заканчивается наконечником, внутри которого разме­щены шаровой и кольцевой клапаны.

Иглофильтры чаще всего погружают .в грунт гидравлическим способом (рис.ІІІ.З, в). Вода, нагнетаемая по внутренней трубе под давлением до 0,3 МПа, отталкивает шаровой клапан (кольцевой клапан в это же время под­нимается и закрывает зазор между на­ружной и внутренней трубами) и, выйдя из наконечника, размывает грунт во­круг иглофильтра, вынося его частицы на поверхность (рис. ІІІ.З, г). При по­качивании и поворотах иглофильтр лег­ко погружается под действием собст­венного веса.

В более плотных грунтах, слабо от­дающих воду (с коэффициентом фильт­рации менее 1,5 м/сут), иглофильтры устанавливают в предварительно про­буренные скважины; для улучшения при­тока воды в скважину вокруг иглофиль­тра подсыпают песчано-гравийную смесь.

При откачке воды (рис. ІІІ.З, д) под влиянием вакуума шаровой клапан всплывает, а кольцевой опускается, от­крывая путь грунтовой воде, которая поступает через фильтрационную сетку и отверстия в наружной трубе в игло­фильтр и далее в коллектор.

Иглофильтры устанавливают по пе­риметру осушаемого котлована (рис. III. 3, а) на расстоянии 0,5 м от бровки от­коса. Если нужно понизить уровень грунтовых вод более чем на 4 м, игло­фильтры монтируют в два яруса (рис. ІІІ.З, б).

Узкие траншеи глубиной до 4,5 м осушают одним рядом иглофильтров, более широкие — двумя рядами, устанавливаемыми по обеим сторонам тран­шеи. При поточном ведении работ при­меняют два комплекта иглофильтров. На одном участке траншеи, осушен­ном первым комплектом иглофильтров, производят работы по устройству фун­даментов (прокладке трубопроводов), в то же время с предыдущего участка, где работы закончены, снимают и пере­ставляют на второй участок второй комплект иглофильтров.

Установки с вакуум­ным водопонижением (УВВ) целесообразно применять при коэф­фициенте фильтрации от 1 до 0,01 м/сут. Сущность вакуумного водопонижения заключается в том, что в отличие от водопонижения легкой иглофильтровой установкой, где центробежный насос создает в грунте положительное избы­точное давление (рис. III.4, а), в фильт­ровом звене вакуумного иглофильт­ра и в окружающем грунте создается и непрерывно поддерживается вакуум (рис. III.4, б), способствующий более интенсивному снижению зеркала грун­товых вод.

Водовоздушная смесь поступает в иг­лофильтр и откачивается вакуум-насо­сом. Ввиду того что воздуха в грунте недостаточно, для нормальной работы насоса через трубку, проходящую внут­ри иглофильтра, к наконечнику допол­нительно подается атмосферный воз-ДУХ.

В глинистых водонасыщенных грун­тах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут, где обычная иглофильтровая установка малоэффективна, применяют способ, основанный на явлении элек­троосмоса, т. е. перемещения воды в грунте под влиянием пропускаемого че­рез него постоянного тока. Дополни­тельно к иглофильтровой установке со стороны котлована параллельно ряду иглофильтров погружают трубы диамет­ром 38 мм или стержни из арматурной стали, которые подключаются в цепь к положительному полюсу мотор-гене­ратора с напряжением 30...60 В. Игло­фильтры подсоединяются к его отри­цательному полюсу. Под действием элек­трического тока вода, содержащаяся в порах грунта, перемещается в сторону иглофильтров. В результате увеличива­ется водоотдача глинистого грунта, поскольку извлекается не только гравита­ционная, но и капиллярная вода.

Эжекторные иглофиль­тр о в ы е установки (ЭИУ) при­меняют для понижения уровня грун­товых вод с коэффициентом фильтрации от 1 до 40 м/сут с глубины до 20 м (рис. Ш.4, г).

Эжекторный иглофильтр (рис. III.4, д) состоит из колонны над-фильтровых труб, фильтрового звена, колонны внутренних труб, к нижнему концу которых прикреплено эжекторное устройство — диффузор с насадком.

Эжекторный иглофильтр монтируют в определенной последовательности. Сна­чала гидравлическим способом (как и легкие иглофильтры) в грунт погружа­ют ранее собранную колонну наруж-

ных труб с фильтровым звеном. В по­груженную до проектной отметки наружную трубу опускают колонну вну­тренних труб с эжекторным устройст­вом, после чего иглофильтр подключа­ют к трубопроводам системы.

При работе установки в кольцевое пространство между наружной и вну­тренней колоннами труб иглофильтра под давлением 0.6...1 МПа подают «ра­бочую» воду, которая устремляется в насадск. У выхода из насадка, в ре­зультате резкого возрастания скорости движения рабочей воды, создается раз­режение, под действием которого через свободные прорези (окна) засасывается грунтовая вода, прошедшая предвари­тельно через гофрированный фильтр. Оба потока воды смешиваются и

Рис. III.4. Схемы иглофильтровых установок с вакуумным водопонижением, электроосушением грун­та и эжекторным водоподъемом:

о — водопонижение иглофильтровыми установками; б — вакуумное водопонижение; в — иглофильтровая ус­тановка с электроосушением; г — водопонижение с помощью эжекторных иглофильтровых установок; д — схема эжекторного иглофильтра; / —■ фильтровое звено; 2 — зеркало грунтовых вод после понижения игло­фильтрами; 3 — центробежный насос; 4 — эпюра давления при понижении легкими иглофильтрами; 5 — то же, при вакуумном водопоиижении; 6 — вакуум-насос; 7 — стальная труба (днод); 8 — иглофильтр (катод); 9 — зеркало грунтовых вод после электроосушения; 10 — низконапорный насос; 11 — водоотводный коллек­тор; 12 — иглофильтровая труба; 13 — внутренняя труба с эжекторным устройством; 14 — диффузор; 15 — насадок; 16 — фильтровая оболочка из гофрированной стальной оцинкованной ленты с разуплотненным швом; 17 — окно для поступления грунтовой воды; 18 — шаровой клапан; 19 — водоупор

поступают в диффузор; затем вода по вну­тренней трубе и коллектору направляет­ся в водосборный бак, из которого избы­ток ее откачивается низконапорным на­сосом, а остальная используется снова как рабочая вода для питания иглофиль­тров.

В слабофильтрующих грунтах эжек-торные иглофильтры монтируют в за­ранее пробуренных скважинах под за­щитой обсадных труб. Монтаж осуще­ствляют над пробуренной скважиной. Сначала собирают и опускают наружную колонну труб, затем внутреннюю с эжек-торным устройством. Поддерживая игло­фильтр всборе на весу, засыпают про­странство между наружной колонной труб и обсадной трубой на 2...3 м пес-чано-гравийной смесью и, соответствен­но, на такую же высоту поднимают обсадную трубу. В верхней части сква­жины устраивают глиняный тампон.

Трубчатые колодцы с глубинными насосами применяют для понижения грунтовых вод более чем на 20 м, а также при коэффициенте филь­трации более 40 м/сут в случае большой толщины водоносного слоя и длитель­ных сроках откачки. По периметру бу­дущей выемки пробуривают скважины, в которые погружают трубчатые колод­цы (обсадные трубы) диаметром 200... ...400 мм с устройством песчано-гравий-ной подушки высотой 0,2...0,3 м. В каж­дом колодце устанавливают погруж­ной насос, опускаемый вместе с двига­телем в скважину ниже уровня воды. Применяются также артезианские на­сосы (АТН-8, АТН-10 и др.) с длинным валом и электродвигателем, располо­женным над устьем скважины.