Защита котлованов от подтопления

подземными водами осуще­ствляется с помощью водопонижения, устройства противофильтрационных завес или комбинации этих методов. Водопонижение осуществляется с помощью открытого водоотлива или глубинного водопонижения. Для устройства противофильтрационных завес прибегают к естественному или искусственному замораживанию или битумизации грунта вокруг котлована. Противофильтрационной завесой может служить и шпунт, забитый до водоупора. Открытый водоотлив и глубинное водопонижение. Наиболее про­стым способом является открытый водоотлив, при котором воду откачивают насосами непосредственно из котлована. Для организа­ции открытого водоотлива на дне котлована устраивают систему водосборных канавок глубиной 0,3...0,6 м, по которым воду отводят в приямки (зумпфы) глубиной 0,5...0,7 м, откуда она систематически откачивается насосом. При откачке надо следить, чтобы зумпфы не переполнялись и вода не покрывала дна котлована, так как это может привести к ухудшению свойств грунтов в основании. В принципе применение открытого водоотлива не имеет ограни­чений в зависимости от видов грунта и их фильтрационных свойств, но в мелкозернистых грунтах его применение может привести к оп­лыванию откосов котлована и разрыхлению грунта основания. Чтобы избежать этих нежелательных последствий открытой откач­ки воды, откосы котлованов приходится пригружать песчано-гра­вийной смесью, а канавки выкладывать щебнем или гравием, что значительно усложняет и удорожает строительство. Поэтому на практике открытый водоотлив применяют при вскрытии котлова­нов только в скальных, обломочных и гравийно-галечных грунтах, а в случае мелкозернистых грунтов — глубинный водоотлив, кото­рый исключает просачивание подземных вод через откосы и дно котлована. Глубинный водоотлив заключается в искусственном понижении уровня подземных вод в районе котлована. Водопонижающие рабо­ты выполняются чаще всего с помощью иглофильтров. В тех случа­ях, когда погружение иглофильтров невозможно или приток воды велик, например если вблизи имеется водоем, водопонижение осу­ществляется откачкой воды из трубчатых колодцев, оборудованных глубинными насосами. ^ Иглофильтр представляет собой стальную трубу диаметром 50 мм, собранную из отдельных звеньев. Нижнее звено на конце оборудовано специальным фильтрующим устройством, через кото­рое производятся всасывание и откачка воды. Фильтрующее устройство не пропускает даже мельчайшие частицы грунта, что обеспечивает водопонижение без нарушения структуры грунтов в районе котлована. Так как при глубинном водопонижении вода откачивается из зоны, расположенной ниже дна котлована, то воз­никающее при движении воды гидродинамическое давление способ­ствует уплотнению грунтов, а следовательно, улучшению их стро­ительных свойств.Для осуществления водопонижения иглофильтры располагают по периметру будущего котлована, погружая их на 3...7 м ниже его дна. В результате откачки уровень воды вокруг иглофильтров пони­жается, образуя депрессионную воронку. При расположении иг­лофильтров с шагом 0,75...1,5 м депрессионные воронки соединяют­ся и уровень подземных вод становится ниже дна котлована, как это показано на рис. 14.9, а, в результате чего земляные работы и устройство фундаментов ведутся насухо. Иглофильтры погружают в грунт под действием собственного веса благодаря интенсивному подмыву водой или в специально пробуренные скважины.

Отдельные иглофильтры водопонижающей установки соединя­ют с коллектором из труб диаметром 100...200 мм гибкими шлангами .Коллектор, в свою очередь, соединяется с одной или несколь­кими насосными установками. В зависимости от фильтрационных свойств грунтов и необходи­мой глубины водопонижения применяют различные типы иглофи­льтровых установок. Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) служат для понижения уровня подземных вод на глубину 4...5 м в песчаных отложениях. При необходимости понижения подземных вод на большую глуби­ну иглофильтры располагают в несколько ярусов (рис. 14.9, 6) или применяют специальные эжекторные иглофильтры (водоструйные насосы, создающие большое разрежение около фильтрующего эле­мента, что способствует увеличению всасывания), позволяющие при их однорядном расположении понизить уровень подземных вод на глубину до 25 м. ЛИУ отличаются мобильностью, возможностью быстрого по­гружения иглофильтров в грунт в собранном виде, простотой и на­дежностью эксплуатации. Их применение наиболее эффективно в крупных, средних и мелких песках. Эжекторные иглофильтры, как более мощные, применяют в пылеватых песках и супесях с коэф­фициентом фильтрации более 0,1 м/сут.При осуществлении водо­понижения в грунтах, имею­щих коэффициент фильтрации меньше 0,1 м/сут, используют специальные методы водопо­нижения — вакуумирование и электроосушение. При применении вакуум­ного метода в скважинах и на наружноповерхности фильтров создается и непре­рывно поддерживается ваку­ум. Этот метод, требующий повышенных затрат электроэнергии, используют при осушении мелкозернистых грунтов (пылеватые и илистые пески, супеси, легкие суглинки, илы, лессы) с коэффициен­том фильтрации не ниже 0,01 м/сут при требуемом понижении уровня подземных вод до 20 м. Вакуумные скважины отличаются от открытых водопонизительных скважин тем, что их устья герметизи­руются и из них откачиваются вода и воздух. Электроосушение (электроосмотическое водопонижение) приме­няют в глинистых грунтах с низкой водоотдачей. Способ электро­осушения основан на свойстве передвижения воды в глинистых грунтах под действием постоянного тока (эЛектроосмос). Для элект­роосушения по периметру котлована вдоль его бровки забивают стальные стержни из арматуры или труб. Затем на расстоянии 1,5...2 м от бровки котлована погружают иглофильтры, располагая их в шахматном порядке относительно стержней (рис. 14.10). Стержни подключают к положительному, полюсу источника постоянного. тока с напряжением 30...60 В, а иглофильтры (через коллектор) — к отрицательному. Под воздействием пропускаемого тока, перемеща­ясь от анода к катоду, грунтовая вода поступает в иглофильтр и откачивается всасывающим насосом. Практика показала, что на 1 м³ осушенного грунта расходуется от 5 до 40 кВт • ч электроэнер­гии. Применение электроосушения требует соблюдения соответству­ющих правил техники безопасности.

Замораживание, битумизация.

При защите котлованов от подтоп­ления методом замораживания используется свойство влажных грун­тов переходить в твердое состояние при замерзании. Заморажива­ние может быть естественным и искусственным.При естественном замор аживании котлован вскрывают до уров­ня подземных вод в период до наступления морозов. С наступлени­ем холодов грунту дают возможность промерзнуть на глубину 20...30 см, после чего снимают верхний слой, оставляя нетронутыми 10...15 см мерзлого грунта. По мере промерзания грунта эту опера­цию повторяют до тех пор, пока не будет достигнута проектная отметка котлована. Поскольку при этом промерзают и откосы котлована, то в результате он оказывается защищенным со всех сторон слоем мерзлого грунта. Очевидно, что такой способ осуществим только в районах, характеризуемых продолжительными зимами со значительными отрицательны­ми температурами.Искусственное заморажи­вание применяют при разра­ботке значительных по объему котлованов в водонасыщен­ном грунте. Способ заключается в создании по периметру кот­лована стенки из мерзлого грунта (льдогрунтовая стенка), заглублен­ной на 2...3 м в водоупор (рис. 14.11). Грунт замораживают, погру­жая в него трубы, по которым циркулирует охлаждающий раствор (чаще аммиак, реже жидкий азот), понижающий температуру окру­жающего грунта до —15...—20° С. Вокруг труб, погруженных с ша­гом 0,9... 1,5 м, образуются цилиндры мерзлого грунта, которые, смыкаясь между собой, образуют сплошную защитную стенку. Толщина стенки замороженного грунта зависит от ее назначения: если она служит только для защиты котлована от притока подзем­ных вод, то достаточно иметь толщину 10...15 см, если же она является и ограждением котлована, то ее толщина устанавливается расчетом на прочность.,Работы по замораживанию грунта проводятся в два этапа. На первом этапе, называемом активным замораживанием, грунт замо­раживают, а на втором этапе, называемом пассивным заморажива­нием, грунт поддерживают в замороженном состоянии в течение всего периода производства работ в котловане. Как показала прак­тика, период активного замораживания занимает 40...70 сут. Защита котлованов от подтопления методом замораживания имеет тот недостаток, что при его применении в пылевато-глинис- тых грунтах наблюдается морозное пучение, т. е. увеличение объ­ема, которое сопровождается подъемом поверхности грунта с со­оружениями, находящимися в зоне его влияния. Еще более неблаго­приятные последствия замораживания грунта наблюдаются в про­цессе его оттаивания, поскольку в грунте, подверженном пучению, развиваются просадочные свойства, сжимаемость такого грунта повышается, а сопротивление сдвигу уменьшается. По этой причине следует избегать промерзания грунта ниже подошвы возводимых фундаментов и около фундаментов существующих сооружений.В скальных трещиноватых породах с большим притоком воды через дно котлована иногда прибегают к устройству водонепрони­цаемых экранов, нагнетая в породу разогретый до жидкого состоя­ния битум. Битум подается насосом в инъекторы, расположенные в скважинах диаметром 100 мм, пробуренных в породе ниже дна котлована. Инъекторы представляют собой толстостенные трубки диаметром 40...50 мм, имеющие в пределах трещиноватой породы отверстия, через которые жидк ий битум поступает в трещины и, остывая, заполняет их. Расстояние между инъекторами обычно принимают равным 0,75...1,0 м и уточняют пробной битумизацией.Наряду с битумом для заполнения трещин в скальных породах можно использовать цементный раствор или синтетические смолы. Нагнетание в грунт материала с целью устранения его водопрони­цаемости называется тампонажем/