Водоотлив и водопонижение

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

Открытый водоотлив осуществляется в плотных, хорошо дренирующих грун­тах, путем откачки воды диафрагмовыми, 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 шпунтом 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 водоподводящие канавы, выполняющие роль дренажа, которые засыпают гравием.

Открытый водоотлив является наиболее простым и экономичным способом водопонижения,

Рис.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; I6 — кольцевой клапан; 17— шаровой клапан; 18 — стопорный болт; 19 — наконечник; 20 — кривая депрессии при откачке воды из первого яруса; 21 — то же, при откачке из второго яруса

но имеет ограни­ченное применение вследствие того, что в выемке практически 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 иглофильтровые установки, позволяющие при одноярусном расположении понизить уровень грунтовых вод на 4-5 м, а при двухъярусном — на 7-9 м; установки с вакуумным водопонижением; эжекторные 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, один из которых резервный (рис.З,а).

Иглофильтр представляет со­бой трубу диаметром 38 мм, длиной до 8,5 м, к нижнему концу которой при­соединено фильтровое звено (рис.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.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.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.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.3,а) на расстоянии 0,5 м от бровки откоса. Если нужно понизить уровень грунтовых вод более чем на 4м, игло­фильтры монтируют в два яруса (рис.3,б).

Узкие траншеи глубиной до 4,5 м осушают одним рядом иглофильтров, более широкие — двумя рядами, устанавливаемыми по обеим сторонам тран­шеи.

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 воздух.

В глинистых водонасыщенных грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут, где обычная иглофильтровая установка малоэффек-тивна, 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 няпряжением 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.

Рис. 4. Схемы иглофильтровых установок

с электроосушением грунта и эжекторным водоподъемом:

а — водопонижение с помощью эжекторных иглофильтровых установок; б — иглофильтровая установка с электроосушением; в - схема эжекторного иглофильтра;

1 — фильтровое звено; 2 — зеркало грунтовых вод после понижения игло­фильтрами; 3 — центробежный насос; 4 — эпюра давления при понижении легкими иглофильтрами; 5 — то же, при вакуумном водопонижении; 6 — вакуум-насос; 7 — стальная труба (анод); 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.

Эжектор ны е 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. III.4, г).

Эжекторный иглофильтр (рис. II 1.4, д) состоит из колонны над-фильтровых труб, фильтрового звена, колонны внутренних труб, к нижнему конну. котппьтх поиктеплено эжекто^пное 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 проектнол 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...! МПа подают «ра­бочую» воду, которая устремляется в насадок. У выхода из насадка, в ре-

Qir тт^т^те» ryar>j/T>rr

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

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 эжек­тор ным устройством. Поддерживая игло­фильтр в сборе 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...0,3м. 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.

§ 4. Искусственное ограждение выемок от грунтовых вод

При устройстве выемок в водоносных слоях работы можно вести под защитой водонепроницаемой ледяной стенки из

._ЗЗМ0ВОЖеннлгА.....ntxvpTsn.. и пи ппи ппмо-

Щи тиксотропных противофильтра-ВДонных экранов.

Искусственное замора­живание грунтов применяют при ^проходке шахтных стволов, тон­нелей метрополитенов и других соору­жений, возводимых в тяжелых гидро-

лггловиях, создавая во-геологических У^ь водонепроницаемые круг них временны*