Производство работ по водопонижению

При наличии высокого уровня грунтовых вод до начала работ по разработке котлована необходимо выбрать способ и средства водопонижения. В соответствии с СП [7] для защиты котлованов и траншей от подземных вод применяются различные способы, к которым относятся скважинный водозабор, иглофильтровый способ, дренажи, лучевой водозабор и открытый водоотлив.

Иглофильтровой способ в зависимости от параметров осушаемых грунтов, требуемой глубины понижения и конструктивных особенностей оборудования подразделяется на:

· иглофильтровый способ гравитационного водопонижения, применяемый в проницаемых грунтах с коэффициентом фильтрации от 2 до 50 м/сут, в неслоистых грунтах при понижении одной ступенью до 4-5 м (большая величина в менее проницаемых грунтах);

· иглофильтровый способ вакуумного водопонижения, применяемый в малопроницаемых грунтах с коэффициентом фильтрации от 2 до 0,2 м/сут при понижении одной ступенью 5-7 м; при необходимости способ при меньшей эффективности может быть применен в грунтах с коэффициентом фильтрации до 5 м/сут;

· иглофильтровый эжекторный способ водопонижения, применяемый в малопроницаемых грунтах с коэффициентом фильтрации от 2 до 0,2 м/сут при глубине понижения уровня подземных вод до 10-12 м, а при определенном обосновании - до 20 м.

При коэффициенте фильтрации грунтов более 40 м/сут (особенно в случае большой толщины водоносного слоя и длительных сроках откачки) часто оказывается целесообразным применять откачку артезианскими насосами из скважин большого диаметра.

В целом, выбор оборудования для грунтового водоотлива определяется многими факторами. Для выбора способа водопонижения может быть использованы данные таблицы 3.3.

Таблица 3.3– Выбор способов водопонижения

Характеристика грунта	Коэффициент фильтрации kф, м/сут	Рекомендуемые способы водопонижения при глубине понижения уровня грунтовых вод, м
до 4 - 5	до 18 - 20
Глина	менее 0,005	Электроосушение
Суглинок	0,005 - 0,4	Легкие одноярусные иглофильтровые установки	Многоярусные иглофильтровые установки или эжекторные иглофильтры
Супеси	0,2 - 0,7
Песок: мелкозернистый мелкий средний	1,2 - 2,0 2,0 - 10,0 10,5 - 25,0	Одноярусные иглофильтровые установки	Многоярусные иглофильтровые установки или эжекторные иглофильтры
крупный гравелистый	25,0 - 75,0 50 - 100	Буровые скважины с центробежными насосами
Гравий: с песком чистый	75 - 150 100 - 200	Поверхностный водоотлив	Буровые скважины с погружными насосами

 

Ожидаемый приток воды в котлован определяется по формуле:

Q = q · F, м³/ч (3.14)

где q – ожидаемый приток воды (м³/час) с 1 м² площади дна котлована, принимаемый для приближенных расчетов:

- при мелкозернистых песках от 0,03 до 0,1 м³/час;

- при среднезернистых песках от 0,08 до 0,24 м³/час;

- при крупнозернистых песках от 0,2 до 0,31 м³/час.

F – площадь днища котлована, м².

Приток воды Q, при отсутствии данных по удельному расходу воды с 1 м², может быть ориентировочно принят равным объему мокрого грунта.

Объем мокрого грунта равен:

V_{м.г .} = V_гв + V_вугв, м³/час (3.15)

где V_гв – объем грунта, лежащего в пределах уровня грунтовых вод до проектной отметки дна сооружения;

V_вугв – объем грунта, лежащего выше уровня зеркала грунтовых вод, принимаемый по данным таблицы 3.4.

Зная ожидаемый приток грунтовых вод в котлован сооружения и размеры котлована по периметру (или длину траншеи), может быть выбран один из способов водоотлива. Чаще всего применяется искусственное понижение уровня грунтовых вод легкими иглофильтровыми установками (ЛИУ-5 и ЛИУ-6), которые обеспечивают понижение уровня грунтовых вод в точках погружения иглофильтров на глубину до 6,0 м. Общая подача насосных агрегатов ЛИУ-5 равна 120 м³/ч, а ЛИУ-6 – 140 м³/ч.

 

Таблица 3.4 - Размер слоя мокрого грунта, расположенного выше уровня зеркала грунтовых вод

Наименование грунта	Слой (м)
Пески и легкие супеси Пески пылеватые и тяжелые супеси Суглинки, глины и лессовые грунты	0,3 0,5 1,0

 

Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) состоят из набора стандартного оборудования, поэтому в большинстве случаев параметры установок принимают конструктивно, без фильтрационных расчетов, исходя из геологических условий (табл. 3.5) и размеров котлована.

 

Таблица 3.5 –Данные для подбора иглофильтров

Требуемая величина понижения УГВ, м	Рекомендуемый шаг иглофильтров, м, при насосных агрегатах	Рекомендуемая длина всасывающего коллектора, м, для установок
I яруса	II яруса	ЛИУ-5	ЛИУ-3	ЛИУ-2	ЛИУ-5	ЛИУ-3	ЛИУ-2
4,5…4,0	4,5…3,5	0,8	0,75	0,6
4,5…3,0	3,5…3,0	0,8…1,5	0,75	1,2
3,5…3,0	3,0…2,5	1,5…2,2	1,5	1,8

 

Исходя из объема грунтовых вод, необходимого уровня их понижения и представленного геологического строения подбирается тип установки и принимается технологическая схема водоотлива или водопонижения (рис. 3.4 и 3.5).

Рисунок 3.4 – Типовая схема осушения котлована иглофильтровой

установкой типа ЛИУ–6:

1 – коллектор; 2 – насосная установка; 3 – иглофильтры;4– статический уровень грунтовых вод;5 – депрессионная кривая (динамический уровень грунтовых вод)

 

Для вакуумирования скважин и водопонижения в грунтах с небольшим коэффициентом фильтрации и при близком залегании водоупора от дна котлована используются эжекторные иглофильтры (табл. 3.6).

Таблица 3.6–Основные технические данные эжекторных иглофильтров ЭИ

Показатель	Марка иглофильтра
ЭИ-2,5	ЭИ-4
Иглофильтр: диаметр, дюйм длина фильтрового звена, м	2,5 1	4 4-6
Эжектор иглофильтра: диаметр сопла, мм
Расход рабочей воды при напоре 0,6—1 МПа, л/с	1,2-1,6	3,6-4,6
Производительность при напоре рабочей воды 0,6-1 МПа, л/с	1-1,8	2,9-5,1

Рисунок 3.5 – Типовая схема осушения иглофильтровой установкой

траншей:

1– иглофильтр; 2 – коллектор; 3 – насос;4– статический уровень грунтовых вод; 5 – депрессионная кривая (динамический уровень грунтовых вод)

 

Количество насосных агрегатов назначают в зависимости от принятого типа установки и длины всасывающего коллектора, который объединяет иглофильтры, расставленные вдоль котлованов. В грунтах с К_ф ˂3 м/сут расстояние между иглофильтрами не должно превышать 0,75 м.

Открытый водоотлив применяют при разработке грунтов, обеспечивающих устойчивость откосов, а также в слабых песчаных грунтах, но с креплением откосов. Основными элементами водоотлива являются водосборная канава, зумпф, насосы и сбросной трубопровод. Приток грунтовой воды a, л/ч, с 1 м² поверхности котлована, лежащего ниже УГВ, приведен в задании на курсовое проектирование.

Поступление воды в котлован, м³/ч, определяют по формулам:

(3.16)

(3.17)

 

Расчетное количество насосов

(3.18)

где Q_насос – производительность насоса, м³/ч (табл. 3.7).

 

Таблица 3.7– Техническая характеристика насосов

Марка	Производительность, м3/час	Напор, м	Мощность, кВТ
Моноблочные центробежные насосы ГНОМ
Гном 10-10			1,1
Гном 16-16			2,2
Гном 25-20
Гном40-25			5,5
Гном50-25
Гном 100-25
Итальянские дренажные насосы Speroni ECM DS
Speroni ECM 75-DS			0.55
Speroni ECM 100-DS			0.75
Мотопомпы VariscoEcomatic по водопонижению
ECOMATIC JD 3-140
ECOMATIC JD 4-250
ECOMATIC JD 6-240
Самовсасывающие дизельные мотопомпы серии JD для осушения котлованов
Varisco JD 1-110			2,6
Varisco JD 2-100
Varisco JD 2-180			5,5

 

Действительное количество насосов n_действ принимают с учетом необходимого резерва. При расчетном количестве насосов 1 ÷ 5 и более количество резервных насосов принимают из соотношения 100%, 50%, 30%, 25%, 15% соответственно.

Сборный трубопровод прокладывают в пониженную часть рельефа.

Зумпф (колодец) размерами в плане не менее 2×2 м принимает конструктивно из двух железобетонных колец диаметром 2м и высотой 1м.

Объем работ по удалению воды из котлована определяют по затратам времени мотористами 4 ÷ 5-го разряда, чел.-ч. При необходимости производить откачку надо непрерывно, т. е. в три смены и без выходных дней. Таким образом, ежедневно потребуется работа четырех мотористов по 8 часов (32 чел.-ч).

До начала работ по водопонижению перед разработкой грунта необходимо обследовать техническое состояние зданий и сооружений, находящихся в зоне работ, а также уточнить расположение существующих подземных коммуникаций, путем отшурфовки, т. е. вскрытия в характерных точках по линии данной коммуникации.

Разработку котлована при открытом водоотливе начинают с зумпфа, в который сразу устанавливают насосы и включают их в работу.

Удаление воды прекращают после выполнения гидроизоляционных работ и засыпки пазух, а также после засыпки траншей с подземными коммуникациями.

Продолжительность работ П_в.уд, чел.-час, по удалению воды из котлована

П_в.уд=32T (3.20)

где Т – количество дней водоудаления (уточняют по графику производства работ), с учетом выходных и праздничных дней.