Производство работ по водоотводу, водоотливу и водопонижению уровня грунтовых вод

Водоотвод необходим для защиты котлованов и траншей от затопления их ливневыми и талыми водами. Для водоотвода используют расположенные с нагорной стороны канавы, резервы и кавальеры, воду из которых отводят в пониженные места, удаленных от строительной площадки.

Водоотлив – это предварительное осушение котлованов и траншей. При небольшом притоке грунтовых вод котлованы и траншеи разрабатывают с применением открытого водоотлива (вода откачивается с помощью насоса). Если приток значителен, и толщина водонасыщенного слоя большая, то до начала производства земляных работ уровень грунтовых вод искусственно понижают. Выбор способа строительного водопонижения зависит от вида грунта, глубины понижения УГВ и метода механизированной разработки, выемки.

Водоотводнеобходим для защиты котлованов и траншей от затопления их ливневыми и талыми водами. Для водоотвода обычно используют расположенные с нагорной стороны резервы, кавальеры, а также специально устанавливаемые оградительные обвалования, водоотводящие канавы, лотки и системы дренажей. Канавы или лотки устраивают с продольным уклоном 0,002-0,003, а их размеры и виды креплений принимают в зависимости от расхода ливневых или талых вод и предельных значений неразмывающих скоростей их течения. Воду из всех водоотводящих устройств, а также от резервов и кавальеров отводят в пониженные места, удаленные от возводимых и существующих сооружений.
Водоотлив. Предварительное осушение часто осуществляется при устройстве котлованов и траншей, поскольку большинство сооружений и сетей водоснабжения и водоотведения возводят либо в непосредственной близости от водоемов, либо в условиях обводненных и неустойчивых грунтов. Выемки (котлованы и траншеи) при небольшом притоке грунтовых вод разрабатывают с применением открытого водоотлива, а если приток значителен и толщина водонасыщенного слоя, подлежащего разработке, большая, то до начала производства работ уровень грунтовых вод (УГВ) искусственно понижают с использованием различных способов закрытого, т.е. грунтового, водоотлива, называемого еще строительным водопонижением.
Работы по строительному водопонижению во многом зависят от принятого метода механизированной разработки котлованов и траншей. Соответственно устанавливают очередность работ как по монтажу водоотливных и водопонизительных установок, их эксплуатации, так и по разработке котлованов и траншей. Например, если котлован размещен на берегу, в пределах поймы реки, то разработку его начинают только после монтажа водопонизительного оборудования, причем так, чтобы понижение уровня грунтовых вод опережало заглубление котлована на 1-1,5 м. Если котлован расположен непосредственно в русле реки (при строительстве, например, водозабора или насосной станции первого подъема), то до работ по водопонижению котлован ограждают со стороны воды специальными дамбами (перемычками). Работы по осушению при этом складываются из удаления воды из отгороженного котлована и последующей откачки воды, фильтрующей в котлован.

Начальное осушение котлованов требуется после ограждения их перемычками. При этом объем воды, подлежащий откачке, определяется по формуле:

W = V+qt (41)

где V - объем воды в котловане, м3; q - приток воды в котловане, м3/ч; t - продолжительность осушения котлована, ч.

По величине объема начального водоотлива подбирают тип и количество насосных агрегатов. Обычно для откачки воды из неглубоких котлованов, когда глубина воды в них не превышает высоты всасывания, применяют стационарные центробежные насосы, в том числе консольного типа K, размещаемые на перемычке, а при больших глубинах используют плавучие или передвижные насосные установки.

В процессе осушения котлована очень важно правильно выбрать скорость откачки воды, так как очень быстрое осушение может вызывать повреждение перемычек, откосов и дна котлована. Опыты показывают, что в первые дни откачки интенсивность понижения уровня воды в котлованах из крупнозернистых и скальных грунтов не должна превышать 0,5-0,7 м/сут, из среднезернистых - 0,3-0,4 и в котлованах из мелкозернистых грунтов 0,15-0,2 м/сут. В дальнейшем откачку можно увеличить до 1-1,5 м/сут, но на последних 1,2-2 м глубины откачку воды следует замедлить.
Открытый водоотлив предусматривает откачку притекающей воды непосредственно из котлована или траншей (рисунок 17). Способ применим в скальных, обломочных, галечниковых и гравийных грунтах, устойчивых против фильтрационных деформаций.

При открытом водоотливе грунтовая вода, просачиваясь через откосы и дно котлована, поступает в водосборные канавы и по ним в приямки (зумпфы), откуда ее откачивают насосами. Размеры приямков в плане в целях удобства их очистки принимают 1х1 или 1,5х1,5 м, а глубину от 2 до 5 м, в зависимости от требуемой глубины погружения водоприемного рукава насоса. Минимальные размеры приямка назначают из условия обеспечения непрерывной работы насоса в течение 10 мин. Приямки в устойчивых грунтах крепят деревянным срубом из бревен (без дна), а в оплывающих - шпунтовой стенкой и на дне его устраивают обратный фильтр. Примерно также крепят траншеи в неустойчивых грунтах при использовании открытого водоотлива. Число приямков зависит от расчетного притока воды к котловану и производительности насосного оборудования.

Приток воды к котловану (или дебит) рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод.

Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) откачивает­ воду через одну трубу обычными методами, в эжекторных игло­фильтровых установках (ЭИУ) каждый иглофильтр состоит из двух труб, вода, наоборот, закачивается и, проходя по специ­альному приспособлению — эжектору, создает разряжение воз­духа.Эжекторными иглофильтрами уровень грунтовых вод (депрес-сионная кривая) может быть понижен до 17... 18 м, легкими - до 4...5 м. Поэтому легкие иглофильтры иногда ставят в два и три яруса.

Рисунок 17 - Схемы иглофильтровых установок: а — котлован с легкими иглофильтрами в один ярус; б — то же в два яруса; в,д— эжекторная иглофильтровая установка и фильтровое звено; г— схема электроосушения; 1 — рабочий насос; 2 — водоотводный коллектор; 3 — иглофильтр; 4 —уровень грунтовых вод после осушения; 5 — низконапорный насос; б — стальной стержень (анод); 7— фильтровое звено; 8— труба наружная; 9 — труба внутренняя с эжекторным устройством; 10 —вакуум; 11—клапан шаровой; УГВ — уровень грунтовых вод

Для совершенных котлованов (когда их дно доходит до водоупора) приток воды (м3/сут) при безнапорном режиме рассчитывают по формуле Дюпюи
, (42)

где k - коэффициент фильтрации водонасосного пласта, м/сут; Н - толщина безнапорного водонасосного пласта, м; R - радиус депрессии, м; r_о- приведенный радиус котлована, м.

Значение приведенного радиуса для котлованов, имеющих в плане прямоугольную форму:

, (43)
где - коэффициент, зависящий от соотношения B/L (B и L - ширина идлина котлована, м) и принимается по таблице 2.

Таблица 2 – Значения коэффициента

B/L		0,2	0,4	0,6	0,8	1,0
		1,12	1,16	1,18	1,18	1,18

Способы водопонижения и тип применяемого оборудования выбирается в зависимости от глубины разработки котлована (траншеи), инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки, сроков строительства, конструкции сооружения и технико-экономических показателей. Для такого выбора можно воспользоваться рекомендациями, приведенными в приложении Ж.

Расчет водопонизительных установок, расположенных по контуру котлована, начинают с определения притока воды к котловану q. Приток воды (м3/сут) совершенных колодцев по периметру котлована в безнапорных водах:

(44)

где k- коэффициент фильтрации, м/сут; H- толщина безнапорного водоносного пласта или высота непониженного пьезометрического уровня над водоупором, м; hк - высота понижения уровня грунтовых вод в центре осушаемого участка, считая от нижнего водоупора, м.

Глубина воды в колодцах рассчитывается по формуле, м:

(45)

где n - число колодцев (скважин).

Аналогично, общий дебит совершенных колодцев, расположенных по периметру котлованов, разрабатываемых в напорных пластах, находится по формуле:

(46)

где m - толщина напорного водоносного слоя, м.

Глубина воды в колодцах при этом:

(47)

Расчет контурной водопонизительной установки решают методом подбора. Задаются некоторым числом скважин n и понижением уровня вод в них. По вышеприведенным формулам определяют общий дебит Q и каждой скважины Q'=Q/n. Затем по формулам для h_онаходят высоту пониженного уровня в центре котлована или траншеи. Варьируя числом скважин и понижениями, выбирают такую схему, при которой в центре осушаемого участка достигается заданное положение уровня грунтовых вод.