Подача насоса должна быть несколько больше притока воды в котлован (примерно в полтора раза) для возможности работы насоса с перерывами

В соответствии с пунктом 2.1 СНиПа на вновь строящихся и реконструируемых объектах следует предусматривать производство работ по искусственному понижению уровня грунтовых вод (УГВ).

Согласно таблице 41.4(Справочник монтажника) в зависимости от притока подземных вод и вида грунта осушение котлована может быть осуществлено с применением открытого водоотлива, легких иглофильтровых установок (ЛИУ), буровых скважин с насосами, дренажных систем и др.

Открытый водоотлив

Применяется при разработке неглубоких котлованов и незначительном притоке подземных вод в водо-насыщенных скальных, обломочных или галечных грунтах. При открытом водоотливе широко применяются центробежные насосы. Открытый водоотлив организуют следующим способом. По периметру котлована устраивают дренажные канавки с уклоном 0,001…0,002 в сторону приямков, из которых по мере поступления вода откачивается с помощью насосов. По мере разработки котлована приямки постепенно заглубляются вместе с канавками. Для исключения нарушения природной структуры грунтов основания вода не должна покрывать дно котлована.

В мелкозернистых грунтах открытый водоотлив приводит к оплыванию откосов котлованов и траншей, к разрыхлению грунта в основаниях зданий и сооружений. Здесь целесообразно применить глубинное водопонижение уровня грунтовой воды.

Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ)

Используют для глубинного водопонижения грунтовых вод на глубину 4-5м в песчаных грунтах. При этом способе водопонижения иглофильтры располагают по периметру котлована обычно с шагом 0,8…1,5м. Откачку воды из иглофильтров производят с помощью вихревого насоса через всасывающий коллектор. При этом вокруг каждого иглофильтра образуются депрессионные воронки, которые, соединяясь, и приводят к понижению уровня грунтовых вод в будущем котловане или траншее.

Для понижения УГВ свыше 5м применяют многоярусные легкие иглофильтровые установки, которые требуют, как правило, расширения котлована и увеличения земляных работ.

2. ФИЛЬТРАЦИОННЫЙ РАСЧЁТ И ПОСТРОЕНИЕ КРИВОЙ ДЕПРЕССИИ

1. По заданию имеется строительный котлован (L×B×H), который разработан в водоносном пласте. Котлован необходимо защитить от заполнения фильтрационными и инфильтрационными водами, так как в направлении к нему происходит движение грунтовых вод по образованной кривой дипрессии (Рис. 2). Глубина строительного котлована H=2,0м.

2. Выясняем радиус влияния R – расстояние от котлована до места максимального УГВ, другими словами, радиус, где влияние котлована на УГВ прекращается. Определяется по данным инженерно-геологических изысканий, принимаем R=600м.

3. Водоупором или подстилающим слоем является глина. В расчете принимается нулевой уклон подстилающего слоя i=0.

4. Строится кривая депрессии АВ – линия свободной поверхности грунтовых вод. Расстояние между дном котлована и водоупором Т=0, так как котлован совершенный (Рис.2). Проводятся следующие вычисления[9]:

- определяется вспомогательная величина h:

, м (1)

где, m=1.5– заложение откоса строительного котлована принимается в зависимости от грунта[10];

Н - глубина строительного котлована, Н=2м;

R - расстояние от котлована до места максимального УГВ, R=600м, тогда

м

- определяется высота зоны высачивания:

, м (2)

где, Т = 0, расстояние между дном котлована и водоупором;

Н - глубина строительного котлована, Н=2м.

- кривая депрессии строится по формуле для сооринтируемого по координатным осям чертежа (Рис 2):

(3)

где, Н₁ =z_ув-z_ву=60,5-59=1,5м – расстояние между УГВ и уровнем водоупора;

Н₂ =Т+h_выс=0+0,01=0,01м – расстояние между точкой высачивания и уровнем водоупора.

y² = 2,25 – 0,00375*x

Расчет сводится в таблицу 1: для ряда задаваемых значений x определяется координата y.

Таблица 1 - Определение координат кривой депрессии.

По результатам расчёта строится кривая депрессии (Рис.2)

Рисунок 2 – Кривая депрессии

5. Расчет притока воды в котлован.

- Определяется величина расхода фильтрационных вод на 1 погонный метр периметра дна котлована - удельный фильтрационный расход q по уравнению Дюпюи 4[11]:

, м²/c (4)

где, l- расстояние между сечениями 1-1 и 2-2 с глубинами соответственно H₁ и H₂, , м

к_ф - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом фильтрации и имеющий размерность скорости, к_ф=0,0005787 м/с,

м

м²/с

- Для совершенного строительного котлована, разработанного в безнапорном водоносном горизонте, общий расход фильтрационных и инфильтрационных вод определяется [4;11]

, м³/с (5)

м³/с

3. РАСЧЁТ ВОДОСБОРНОЙ СИСТЕМЫ

Назначение системы – собрать фильтрат в зумпф (водоприемник, приямок), откуда затем откачать с помощью насоса. Конструкции водосбора и водоотведения: земляные каналы и лотки. Уклон дна каналов и лотков принимаем равным i=0,003. В земляных каналах рассчитывается действительная скорость потока и сравнивается с допустимой, которая лежит в пределах:

v_min < v_дейст. > v_max,

где v_min - незаиляющая скорость потока, м/с. Принимаем v_min=0,2 м/с;

v_max - неразмывающая скорость потока, м/с. Принимаем v_max=0,6м/с.

3.1. Конструирование водосбора внутри котлована

В основании откоса котлована по его периметру прокладываются две ветви водосборных каналов. Каждый из них имеет протяженность (L+B), рассредоточена по всей длине принимает и отводит в зумпф фильтрат с расходом:

Q_расч.= 0,5×Q_пр, м³/с (6)

Q_расч.= 0,5×0,0014=0,0007 м³/с

Условно принимается, что весь расчетный расход сосредоточенно приходит в начало каждого канала (Рис.1).

Гидравлический расчет проводится графоаналитическим способом. Для водоотводящего земляного канала (лотка) используются зависимости гидравлически наивыгоднейшего поперечного сечения. Гидравлически наивыгоднейшее сечение – это такое сечение, при котором достигается максимальная пропускная способность, т.е. Q_max. Выбираем прямоугольную форму сечения и определяем его гидравлически наивыгоднейшие размеры. Все расчеты сводим в таблицу 2.

Расчетные формулы :

, м (7)

(8)

, м/с (9)

, м/с (10)

где, b - ширина канала (лотка) по дну, примем b=0,3м;

h - глубина напонения канала;

R - гидравлический радиус, R=600м;

C - коэффициент Шези, рассчитывается по (8), либо принимается по [10] ;

n - коэффициент шероховатости (нестроганные доски или брусья, бетонная и железобетонная облицовка n=0,012);

v - средняя скорость потока жидкости;

i - уклон дна канала, i=0.003;

Q - расход безнапорного потока жидкости, Q=Q_расч=0,0007 м³/с

Таблица 2 – Определение наполнения глубины канала:

h, м	ω, м2	X , м	R, м		Q, м3/с
0,01	0,003	0,32	0,009	38,680	0,000615
0,02	0,006	0,34	0,018	43,417	0,001895
0,03	0,009	0,36	0,025	46,452	0,003621
0,04	0,012	0,38	0,032	48,734	0,005692
0,05	0,015	0,40	0,038	50,580	0,008047

Рисунок 3 – График зависимости Q=f(h)

Определяем искомое значение глубины наполнения канала h_иск по известному значению Q_расч.. h_иск=0,0109 м, тогда b=0,3 м. так как размеры очень малы, целесообразно будет применять наиболее рациональное строительное исполнение, т.е. принимаем лоток 0,3·0,3м.

Для земляного канала рассчитывается действительная скорость потока по формуле (10):

v_дейст.=Q_расч/ω, м/с

v_дейст= 0,0007/0,0109·0,3= 0,21 м/с

0,2<0,21<5,0 - Условие недопущения заиливания - размыва канала выполняется.

Рисунок 4 – Развёртка по трассе от истока до зумпфа

3.2. Выбор конструкции зумпфа

Местоположение зумпфа задается таким образом, чтобы водоотводящие каналы выполняли свои функции.

Вместимость зумпфа:

, м³ (11)

где t=10 минут - время наполнения.

м³

Исходя из практики строительного производства, для данного строительного котлована и выбранной конструкции зумпфа (деревянный прямоугольный колодец), с учетом рекомендаций СНиП [8]по поводу заглубления, можно взять глубину зумпфа h=2 м.

Тогда объем зумпфа рассчитывается исходя из геометрии конструкции:

, м³, (12)

Вычисляется время заполнения зумпфа, которое должно быть больше 10 минут:

, принимаем а=1м

t=W_зп/Q_пр≥10 мин (13)

t=2/0.007=2857 с = 47,6 мин ≥ 10 мин

4. РАСЧЁТ НАСОСНОЙ УСТАНОВКИ

Насос обеспечивает перекачку собранного фильтрата в приемник удаляемой воды, в качестве последнего могут служить в черте населенного пункта - ливневые канализационные сети; в окрестной местности – близлежащие водоемы, овраги. В этом случае следует исключить образование оползней, размывов грунта, заболачивание местности.

Подача насоса должна быть несколько больше притока воды в котлован (примерно в полтора раза) для возможности работы насоса с перерывами

Qнас >1.5Qпр (14)