Искусственное водопонижение и водоотлив

Искусственное понижение УПВ является одним из наиболее эффективных средств осушения грунтового массива и предотв­ращения водопритока в котлован. Оно предусматривается для устранения или ослабления разупрочняющего и разрушающего воздействия подземных вод на грунты, снижения или устранения фильтрационного давления.

Для достижения требуемого понижения уровня подземных вод применяют следующие виды водопонизительных устройств:

• траншейные дренажи;

• закрытые беструбчатые дренажи для осушения оползневого тела, рассчитанные, как правило, на недолговременный срок службы;

• трубчатые и галерейные дренажи - в устойчивой зоне за пре­делами смещающихся грунтов для перехвата подземного по­тока при продолжительном сроке службы;

• пластовые дренажи на участках высачивания подземных вод на склонах и откосах для предотвращения суффозии и в ос­новании подсыпок;

• водопонизительные скважины различных типов (в том числе самоизливающиеся и водопоглощающие) в сочетании с дре­нажами или, в случае большей эффективности или целесооб­разности применения, взамен их.

Выбор способа водопонижения или водоотлива должен учи­тывать конструктивные особенности и размеры сооружения, осо­бенно его подземной части, инженерно-геологические и гидроге­ологические условия стройплощадки, размеры площади осуше­ния, технологию производства строительных работ в защищае­мом котловане, продолжительность этих работ и другие конкрет­ные условия.

Система строительного водопонижения должна решать сле­дующие задачи:

• предотвращение поступления подземных вод в котлованы, траншеи и подземные выработки, разрабатываемые в обвод­ненных грунтах;

• предупреждение прорывов подземных вод или выпора водо­упорных слоев грунта через дно котлована при наличии в ос­новании водовмещающих горизонтов с напорным режимом фильтрации;

• предотвращение неблагоприятного изменения физико-меха­нических свойств грунтов и развития опасных процессов в грунтовой толще (карст, вымыв заполнителя, подтопление, оползни и т.п.) в связи с изменением природных гидрогеоло­гических условий;

• организация отвода поверхностных и подземных вод к мес­там сброса;

• предотвращение существенных осадок близлежащего грунто­вого массива в результате снижения уровня подземных вод, а также осадок оснований зданий и сооружений в зоне влияния водопонизительных работ, которые могут вызвать деформа­ции конструкций;

• обеспечение экологической безопасности окружающей среды в связи с нарушением водного баланса на участке строитель­ства.

Сущность метода водопонижения заключается в том, что по периметру котлована располагаются водопонижающие скважи­ны, из которых непрерывно откачивают воду, в результате чего образуется депрессионная поверхность и УПВ оказывается ниже подошвы сооружения (рис. 2.1). Водопонижающие установки ра­ботают весь период строительства, обеспечивая постоянный уро­вень грунтовых вод. Радиус и глубина депрессионной воронки зависят от мощности водоносного слоя, коэффициента фильтра­ции и интенсивности откачки. Для предварительного подсчета объема воды, поступающей в котлован, можно воспользоваться приблизительными значениями фильтрационного притока воды на 1 м² дна котлована, определяемыми по табл. 2.2.

Рис. 2.1. Характер депрессионных кривых при водопонижении с одно- (а) и двухъярусным (б) расположением скважин: 1 — депрессионная кривая; 2 — иглофильтр

Таблица 2.2. Приближенные значения фильтрационного прито­ка воды на 1 м² дна котлована

Грунт	Q, м^3^!/ч
Мелкий песок	0,05-0,16
Среднезернистый песок	0,1-0,24
Крупнозернистый песок	0,3-3
Трещиноватая скала	0,14-0,25

При расчете величины притока подземных вод принято под­разделять котлованы на:

• траншеи и узкие вытянутые котлованы прямоугольной в пла­не формы с отношением ширины к длине 1:10 и менее;

• широкие котлованы квадратной, прямоугольной, круглой и других распластанных в плане форм с отношением ширины к длине >1:10.

В расчете принимается, что котлованы имеют вертикальные откосы.

Невытянутые в длину котлованы приводят к фиктивному равновеликому кругу радиусом г₀, определяемому:

г₀=η*(L+B)/4 (2.1)

где L — длина котлована, м; В — ширина котлована, м; η — коэф­фициент, определяемый по соотношению В/L:

В/L 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

η 1 1,12 1,16 1,18 1,18 1,18

Для котлованов неправильной в плане формы:

г₀=√F/π (2.2)

где F — площадь реального котлована, м².

Приток воды в котлован рассчитывается по формулам уста­новившегося движения подземных вод. Если котлован прорезает слои грунта различной проницаемости, то при соотношении ко­эффициентов фильтрации отдельных слоев, не превышающем 1:10, определяется средневзвешенное значение коэффициента фильтрации:

к = (k₁*h₁ + k₂*h₂+…….k_n*h_n)/(h₁ + h₂+…….h_n) (2.3)

где h₁, h₂,…….h_n — толщина отдельных слоев грунта; k₁, k₂,…….k_n — коэффициенты фильтрации этих слоев.

При больших соотношениях коэффициентов фильтрации слои с малым коэффициентом из расчетов исключают.

Котлованы могут быть совершенными, т.е. доходящими до водоупора и принимающими воду через стены, и несовершенны­ми, т.е. не доходящими до водоупора с притоком воды через сте­ны и дно или только через дно.

В зависимости от гидравлического состояния водоносного пласта котлованы разрабатывают в условиях безнапорных (наи­более часто) или напорных подземных вод.

Для совершенных котлованов расчет притока воды может быть выполнен:

— в условиях безнапорных подземных вод:

(2.4)

— в смешанных условиях при наличии напорной и безнапор­ной зон при условии заложения напорного водоносного горизон­та под безнапорным:

(2.5)

Для несовершенных котлованов, работающих: — в напорных условиях:

(2.6)

— в безнапорных условиях:

(2.7)

Q — приток воды в котлован, м³/сут; H — толщина безнапорного водоносного пласта, м; R — радиус депрессии, м; т — толщина напорного водоносного плас­та, для выражения (2.7) принимается как разность отметок дна котлована и водоупора, м; S — заглубление дна котлована отно­сительно исходного уровня подземных вод, м.

Требуемое понижение уровня подземных вод определяют:

• в водоносных слоях, содержащих безнапорные воды, в зави­симости от допустимого повышения уровня воды за время аварийного отключения водопонизительной системы;

• в напорных водоносных слоях, залегающих ниже дна котло­вана или пола заглубленного сооружения, из условия исклю­чения возможности прорывов воды и необходимости обеспе­чения устойчивости грунтов в основании сооружения.

При пересечении сооружением или котлованом водоупорных слоев в процессе проектирования водопонижения исходят из практически достижимого снижения уровня подземных вод, пре­дусматривая при необходимости дополнительные мероприятия для защиты сооружения или котлована.

Разрабатывая проект водопонижения необходимо учитывать, что искусственное снижение УПВ приводит к изменению физи­ческих свойств грунтов, увеличению активного давления грунта на заглубленные части сооружения и вертикальным деформаци­ям земной поверхности. Обычно, при небольшом снижении УПВ, происходит равномерное понижение уровня дневной по­верхности, и это не оказывает существенного влияния на работу сооружения. При больших понижениях УПВ осадка может быть достаточно значительной и неравномерной, достигая 1 м.

Анализ причин аварийных деформаций показывает, что недопу­стимый крен здания вызывается снижением уровня подземных вод, в результате чего исчезло их взвешивающее влияния, плот­ность грунта повысилась, основание претерпело дополнительное уплотнение, сопровождающееся неравномерной осадкой здания. Поскольку депрессионная кривая быстро выполаживается по мере удаления от иглофильтра, то участки основания, где проис­ходит процесс самоуплотнения грунта, по глубине будут неоди­наковы даже в пределах пятна застройки здания, чем и было объяснено наличие крена здания в сторону иглофильтров. Кроме того, периодические снижения и подъемы уровня подземных вод способствовали развитию обильного трещинообразования в надфундаментных конструкциях здания.

Рис. 2.2. Деформации существующего здания в результате искусственно­го водопонижения: 1 — иглофильтры; 2 — шпунт; 3 - кривая депрессии; 4 — котлован

Рис. 2.3. Деформации жилого дома в результате откачки воды из тран­шеи для прокладки инженерных коммуникаций: 1 — кривая депрессии; 2 — водоотливной насос; 3 — траншея

При проектировании системы водопонижения необходимо предусмотреть меры по предотвращению разуплотнения грунтов и нарушению устойчивости откосов котлована и оснований рас­положенных рядом сооружений. В частности, вынос мелких час­тиц грунта в откосах и дне котлована (суффозия) может вызвать разрыхление грунта на участках, близких к котловану. Разрыхле­ние грунта возможно в процессе бурения, содержания и ликви­дации водопонизительных скважин, а также при погружении иг­лофильтров гидравлическим способом. При устройстве заглуб­ленных в водоносный слой и достаточно протяженных подзем­ных сооружений возможен барражный эффект, в результате ко­торого поднимается уровень подземных вод с верховой стороны и снижается — с низовой стороны. В качестве мероприятия по устранению последствий барражного эффекта обычно использу­ются дренаж и противофильтрационные завесы.

При погру­жении иглофильтров в водонасыщенные песчаные грунты с по­мощью подмыва расстояние между ними и краем существующих фундаментов должно быть больше разности отметок низа игло­фильтра и подошвы фундамента. Если по каким-либо причинам это условие не соблюдается либо водопонижение ведется в мел­ких и пылеватых песках и супесях, то обязательно требуется ус­танавливать иглофильтры в скважины, заполненные крупным или средней крупности песком. Эти мероприятия направлены на снижение возможности вымывания пылеватых фракций из грун­та. Контроль за составом откачиваемой из скважины воды целе­сообразно осуществлять через 2 и 6 ч с начала водоотлива. При обнаружении в воде пылеватых частиц иглофильтры должны быть переставлены в более удаленные скважины, оборудованные обратным фильтром.

Для исключения опасного влияния водопонижения на близ­стоящие здания принято, откачивая иг­лофильтрами воду из котлована, часть ее выливать за пределы шпунтовой стенки в кольцевой или вертикальный дренаж для поддержания ее постоянного уровня.

Деформации оснований существующих зданий при времен­ном или постоянном водопонижении вблизи определяют по вы­ражению [58]:

Способы водопонижения определяются глубиной котлована, технологией строительства, фильтрационными свойствами грун­тов и отличаются принципом отбора воды из грунта, конструк­цией водопонижающих скважин, видом насосного оборудования и т.п. (см. табл. 2.1). В зависимости от инженерно-геологических и гидрогеологических условий строительства различают следую­щие способы водопонижения:

• поверхностный;

• из подземных выработок;

• комбинированный.

Наиболее распространен поверхностный способ. Поверхностное водопонижение и водоотлив выполняются с соблюдением следующих правил:

• с верховой стороны выемок для перехвата потока поверхнос­тных вод используются кавальеры и резервы, устраиваемые сплошным контуром, а также постоянные водосборные и водоотводящие сооружения или временные канавы и обвалова­ния; канавы, при необходимости, могут иметь защитные креп­ления от размыва или фильтрационных утечек;

• кавальеры с низовой стороны выемок отсыпают с разрывом, преимущественно в пониженных местах, но не реже, чем че­рез каждые 50 м; ширина разрывов устраивается не менее 3 м;

• грунт из нагорных и водоотводящих канав, устраиваемых на косогорах, укладывается в виде призмы вдоль канав с низо­вой их стороны;

• при расположении нагорных и водоотводящих канав в непос­редственной близости от линейных выемок между выемкой и канавой выполняют банкет с уклоном его поверхности 0,02-0,04 в сторону нагорной канавы.

При пересечении откосом котлована водоупорных грунтов, залегающих под водоносным слоем, если проектом водопонижения не предусмотрена дренажная система, на кровле водоупора делают берму с канавой для отвода воды.

Открытый водоотлив (рис. 2.4), в основном, применяют для поддержания котлована в осушенном состоянии в скальных и гравийно-галечниковых грунтах, устойчивых против фильтраци­онных деформаций. В этом случае подземные воды, просачива­ясь через откосы и дно котлована, поступают в водосборные ка­навы и по ним в приямки (зумпфы), откуда вода откачивается насосами. При использовании открытого водоотлива в котлова­нах, пройденных в мелкозернистых грунтах, предусматривают мероприятия, предупреждающие разрушение откосов и дна кот­лована, например устройство дренажной пригрузки из песчано-гравийной смеси по всей площади мокрого откоса котлована.

Водосборную систему устраивают по всему периметру котло­вана на самых низких его отметках. Размеры канав и колодцев рассчитывают в зависимости от ожидаемого притока, дренажные канавы выполняют с уклоном 0,002—0,005 в сторону водосборно­го колодца. Последний имеет размер в плане не менее чем 1,5*1,5 м, а глубину не менее 2 м. Минимальный размер колодца назначают исходя из условия обеспечения непрерывной работы насоса в течение 10 мин. Колодец крепят по периметру, а на его дне устраивают обратный фильтр. В суффозионных неустойчи­вых грунтах также устраивают обратный фильтр по периметру колодца за его креплением. Для открытого водоотлива применя­ют самовсасывающие центробежные насосы типа С, СНВ, НДВ, НДС, НДН.

При отводе подземных и поверхностных вод необходимо ис­ключить подтопление существующих инженерных сооружений, образование оползней, размыв грунта и заболачивание местно­сти.

Рис. 2.4. Схема открытого водоотлива: 1 — канава; 2 - зумпф; 3 — кривая депрессии; 4 — дренажная пригрузка; 5 — водосбросной коллектор; 6 — насос

В зависимости от типа и расположения водопонизительных устройств относительно строящегося сооружения могут приме­няться следующие схемы водопонижения:

• линейная — водопонизительиые устройства располагаются в ряд по одной линии;

• контурная — водопонизительиые устройства располагаются по контуру, огибающему сооружение;

• кольцевая — при замкнутом контуре расположения водопонизительных устройств;

• ярусная — при расположении водопонизительных устройств в несколько ярусов по глубине котлована.

По времени проведения мероприятий, направленных на сни­жение УГВ, различают:

• предварительное водопонижение — заблаговременное полное или частичное снижение УГВ для создания безопасных усло­вий ведения строительных работ. Водоприемные устройства располагаются за пределами контура сооружаемого объекта. Время опережения водопонижения определяют расчетом по условиям формирования депрессионной воронки необходи­мого размера;

• параллельное водопонижение — проводят при незначительном притоке грунтовых вод в выработку или котлован. В этом случае водопонижение осуществляют параллельно со строи­тельными работами.

При понижении УПВ до 5 м в неслоистых грунтах с коэффи­циентом фильтрации 1-50 м/сут применяются иглофильтровые установки (рис. 2.5, а), состоящие из трубчатых водоприемни­ков-иглофильтров, погруженных в скважины. Все иглофильтры подключаются к всасывающему коллектору, соединенному с на­сосами для откачки воды и воздуха.

Проведение водопонизительных работ легкими иглофильтра­ми включает следующие технологические операции: монтаж, пуск, эксплуатацию и демонтаж установки.

Наиболее сложный процесс при монтаже установки — это погружение иглофильтров в грунт на заданную глубину. Для это­го используют два способа.

1. Бурение специальных скважин, для чего применяют шнековые установки или вибробурение с закреплением скважины обсадными трубами. Трубы извлекаются из скважины после ус­тановки иглофильтров.

Бурение водопонизительных скважин и последующая уста­новка в них фильтров должны выполняться с соблюдением сле­дующих требований:

• низ обсадной трубы при бурении скважин ударно-канатным
способом должен опережать уровень разрабатываемого забоя
не менее чем на 0,5 м, а подъем буровой желонки должен производиться со скоростью, исключающей подсасывание грун­та через нижний конец обсадной трубы;

• при бурении в грунтах, в которых возможно образование про­бок, в полости обсадной трубы необходимо поддерживать уровень воды, превышающий уровень подземных вод;

• перед опусканием фильтров и извлечением обсадных труб скважины должны быть очищены от бурового шлама;

• при бурении скважин ударными способами необходимо учи­тывать возможность местного уплотнения грунта оснований, что может вызвать его дополнительные осадки и, как след­ствие, деформации конструкций окружающих зданий и со­оружений;

• в скважинах, пробуренных в переслаивающихся водоносных и водоупорных слоях, внутренняя полость обсадной трубы должна быть промыта водой;

• контрольный замер глубины скважины производится непос­редственно перед установкой фильтра.

При бурении скважин необходимо отбирать пробы для уточ­нения границ водоносных слоев и гранулометрического состава грунтов.

Рис. 2.5. Схема иглофильтровой (а) и эжекторной (б) водопонизительных установок: 1 — фильтрующее звено; 2 — надфильтровая труба; 3 — патрубок; 4 — всасывающий коллектор; 5 — выбросной шланг; 6 — рас­пределительный трубопровод; 7 - водосбросной трубопровод; 8 — зад­вижка; 9 — центробежный насос; 10 — циркуляционный резервуар.

2. Гидравлический (рис. 2.6): для погружения иглофильтра в надфильтровые трубы фильтрового звена (рис. 2.7_у а) нагнетают воду, которая, отжимая шаровой клапан 2 от седла 1, проходит во фрезерный наконечник 3 и затем в грунт. При попадании в грунт вода размывает его и поднимается по затрубному пространству на поверхность земли, вынося с собой частицы грунта. Погруже­ние иглофильтра происходит под действием собственного веса. Этот способ применяют в песчаных грунтах. Способ не приме­ним, если в верхней части разреза имеются глинистые или песча­ные грунты с включением крупнообломочного материала либо в непосредственной близости от фундаментов зданий и сооруже­ний.

После завершения монтажа всасывающей системы произво­дится контрольное нагнетание воды под давлением 0,2-0,3 МПа. После испытания установки ее запускают в эксплуатацию.

В процессе эксплуатации откачиваемая вода из грунтового массива попадает в иглофильтр через фильтрационную сетку.

При этом шаровой клапан прижимается к седлу и препятствует попаданию загрязненных вод в иглофильтр через наконечник (рис. 2.7, б).

Рис. 2.6. Погружение иглофильтра гидравлическим способом: 1 — при­ямок; 2 — всасывающий коллектор; 3 — насос; 4 - трубопровод; 5 — на­порный рукав; 6 — хомут для ручного регулирования; 7 - иглофильтр

Рис. 2.7. Схема работы иглофильтра: а — при гидравлическом погруже­нии в грунт; б - - при откачке воды: 7 - седло; 2 - - шаровой клапан; 3 — фрезерный наконечник

Для снижения УПВ в мелкозернистых грунтах используются вакуумные водопонизительиые установки, состоящие из эжек­торов (водоструйных насосов), создающих в системе вакуум при истечении водной струи из насадок. Глубокий устойчивый ваку­ум способствует более интенсивному притоку воды к скважинам и позволяет откачивать не только гравитационную, но и капил­лярную воду.

Принцип действия вакуумного водопонижения состоит в со­здании на наружных поверхностях водоприемных устройств ус­тойчивого вакуума. Вакуумирование водонасыщениых грунтов применяют с целью усиления эффекта водопонижения в слож­ных инженерно-геологических условиях: переслаивание водо­носных и водоупорных грунтов, малая водопроницаемость, низ­кая водоотдача, коэффициент фильтрации 0,01-5-2 м/сут.

Применение вакуумирования позволяет уменьшить продол­жительность образования депрессионной воронки в слабопрони­цаемых грунтах и понизить УПВ во всех водоносных слоях.

Для поверхностного вакуумного водопонижения используют установки вакуумного водопонижения (УВВ) и эжекторные ус­тановки с вакуумными концентрическими скважинами (ЭВВУ).

Установки вакуумного водопонижения применяются в мелко­зернистых пылеватых и глинистых песках, супесях, легких суг­линках, илах и лессах, плохо поддающихся осушению обычными иглофильтрами. Эти установки позволяют понизить УПВ до 7 м. Для создания в полости всасывающего коллектора устойчивого вакуума применяют водовоздушный эжектор, позволяющий от­качивать воздух, выделяющийся из водовоздушной смеси, посту­пающей от иглофильтра. Принцип действия установки вакуум­ного водопонижения заключается в следующем (рис. 2.8): вода поступает к приемным звеньям иглофильтров. В приемном звене вода и воздух смешиваются и полученная водовоздушная смесь поступает во всасывающий коллектор 5 через соединительные трубопроводы 2. Во всасывающем коллекторе вода и воздух от­деляются друг от друга. Вода собирается в нижней, а воздух — в верхней частях коллектора. Из коллектора они подаются в пат­рубок приемного бака 3, откуда воду отбирают в водяной 4, а воздух — в центробежный 11 эжекторы. Водяной и центробежный эжекторы приводятся в действие центробежным насосом 12. Из эжекторов вода и воздух выбрасываются вместе с рабочей водой в циркуляционный бак 9, откуда воздух выделяется в атмосферу, а вода разделяется: часть через водосливную воронку 8 поступа­ет в сбросную линию 7, а часть идет на питание центробежного насоса.

Рис. 2.8. Схема установки вакуумного водопонижения: 1 — иглофильтр; 2 — соединительные трубопроводы; 3 - - приемный бак; 4 — водоводяной эжектор; 5 — всасывающий коллектор; 6 — рукав; 7 — сбросная ли­ния; 8 — водосливная воронка; 9 — циркуляционный бак; 10 — грязевой эжектор; 11 — водовоздушный эжектор; 12 — центробежный насос.

Рис. 2.9. Эжекторный иглофильтр: 1 — на­конечник; 2 — фильт­ровое звено; 3 — при­емная труба; 4 — эжекторное устрой­ство; 5 — надфильтровая труба; 6 - диф­фузор; 7 — патрубок; 8 — сливная труба.

Эжекторные установки с вакуумными концентрическими скважинами используют для осушения слоистых грунтов различ­ной проницаемости. Конструкция вакуумной концентрической скважины состоит из вакуумного водоприемника, установленно­го в заранее пробуренную скважину. Водоприемник представляет собой два става труб: внутренний и на­ружный, между которыми имеется кон­центрический зазор, обеспечивающий распространение вакуума по всей высоте фильтровой оболочки. На участке откач­ки наружный став выполняется в виде фильтровой оболочки, а выше — в виде сплошной трубы. Внутренний став труб состоит из эжектора с приемной сеткой. Фиксированное положение водоприем­ного устройства по глубине скважины обеспечивается направляющими хомута­ми. В зоне откачки пространство между водоприемником и пробуренной скважи­ной заполняется песчано-гравийной сме­сью. Выше водоносных грунтов устраива­ют глиняный замок.

Для понижения УПВ до 20 м в одно­родных грунтах при коэффициенте филь­трации 0,1-И0 м/сут могут использовать­ся эжекторные установки, состоящие из центробежного насоса, распредели­тельного и водосборного трубопроводов, циркуляционного резервуара и эжекторных иглофильтров (см. рис. 2.5, б). Эжек-торный иглофильтр (рис. 2.9) состоит из фильтрового звена 2 с наконечником 1, надфильтровой трубы 5, к верхней части которой подсоединен патрубок 7 для по­дачи рабочей воды, приемной трубы 3, со­единяющей эжекторное устройство 4 со сливной трубой 8. Рабочая вода подается центробежным насосом в кольцевое про­странство между надфильтровой и прием­ной колонками. Выходящая из насадки эжектора с большой скоростью струя воды создает разрежение в окружающем пространстве, благодаря чему происходит отсос воды из обводненного грунта. У

входа в горловину диффузора 6 грунтовая вода смешивается с рабочей водой и поднимается на поверхность по сливной трубе. В мелкозернистых, илистых или глинистых грунтах с коэф­фициентом фильтрации менее 0,05 м/сут возможно применение электроосмотического водопонижения, для чего к водопонижающим скважинам с легкими или эжекторными иглофильтра­ми подводится постоянный электрический ток (отрицательный полюс), а между скважинами в шахматном порядке забиваются стальные трубы (положительный полюс).

Рис. 2.10. Электроосмотическое водопонижение: а — двухрядное распо­ложение анодов; б — однорядное расположение анодов: 1 — источник постоянного тока; 2 — электрический кабель; 3 — магистральный трубо­провод; 4 — всасывающая труба; 5 — перфорированная труба; 6 — аноды; 7 — катод; /, — активная зона между рядами анодов, 1₂ — зона обратного действия, /? — активная однородная зона

Водопонижение скважинами применяют для снятия избы­точного давления в напорных водоносных горизонтах; глубокого водопонижения; сброса грунтовых вод в нижележащие слои, а также в тех случаях, когда использование иглофильтров затруд­нено большими притоками, большой площадью осушения и стес­ненностью территории. Водопонизительные установки представ­ляют собой систему самоизливающихся скважин различного на­клона, водопоглощающих скважин, сквозных фильтров и водопонизительиых скважин, оборудованных глубинными насосами.

Самоизливающиеся скважины бурятся с различных горизон­тов: с поверхности земли, с берм на откосах, со дна котлована и из существующих подземных выработок. Порядок расположе­ния скважин и глубина бурения определяются принятой техно­логической схемой ведения работ, глубиной заложения и кон­фигурацией строящегося или реконструируемого объекта в плане и в профиле. Эти скважины применяют для снятия избы­точного давления в напорных водоносных горизонтах, для глу­бокого водопонижения (горизонтальные скважины на откосах открытых котлованов, лучевые водозаборы, восстающие сква­жины из подземных выработок) и в виде шпурового дренажа. Самоизливающиеся скважины могут служить средством для снятия напора в тех случаях, когда излив из них обеспечивает достаточное снижение пьезометрического УПВ в напорном во­доносном горизонте.

Водопоглощающие скважины используются (крайне редко) для сброса грунтовых вод в нижележащие слои.

Сквозной фильтр — скважина, пробуренная с поверхности земли в существующую подземную выработку и оборудованная фильтрующими устройствами в зоне осушения. Во всех водонос­ных слоях, которые он пересекает, сквозной фильтр оборудуется фильтровыми звеньями. Вода проникает через фильтры в сква­жину, а затем оттуда сбрасывается в подземную выработку.

Водопонизителъпые скважины оборудуются глубинными насо­сами и применяются для глубинного водопонижения из водоносных горизонтов с коэффициентами фильтрации, превышающими 2 м/сут (рис. 2.11). При применении глубинных насосов диаметр скважины достигает 200 мм, а при больших дебитах и использова­нии артезианских насосов — 750 мм; глубина — до 1 км.

Рис. 2.11. Водопонизительная скважина с глубинным насосом: 1 — фун­дамент трубопровода; 2 — отводящий трубопровод; 3 — задвижка; 4 — заглушка; 5 — скважина; 6 — заполнитель; 7 — сплошная труба; 8 — фильтр; 9 — гравийная обсыпка; 10 — напорный трубопровод; 11 — по­гружной насос; 12 — отстойник

Для бурения водопонизительных скважин обычно использу­ют ударно-канатное или роторное бурение. При ударно-канатномспособе бурения забой скважины разрушают ударно-поступа­тельным движением долота, приводимого в действие канатом от буровой установки. Разрушенный грунт удаляется желонками. Вращательный способ бурения подразумевает разрушение грун­та непрерывно вращающимся грунторазрушающим инструмен­том с приложением осевой нагрузки. Разрушенный грунт удаля­ется промывочной жидкостью, непрерывно циркулирующей по замкнутому гидравлическому контуру В качестве промывочной жидкости используют глинистые растворы, специальные промы­вочные жидкости и техническую воду. Пробуренные скважины закрепляют обсадными трубами.

Откачка воды из скважины осуществляется центробежными погружными насосами двух модификаций: с электродвигателем, расположенным над скважиной, и с погружным электродвигате­лем.

В первом случае применяются артезианские насосные уста­новки, состоящие из: электродвигателя, трансмиссионного вала, напорного трубопровода, центробежного многоступенчатого сек­ционного насоса и всасывающего устройства (рис. 2.12).

Насосный агрегат с погружным электродвигателем состоит из насоса, соединенного непосредственно с электродвигателем, и всасывающего устройства. Насосный агрегат подвешивают к ко­лонне водонапорных труб.

Для увеличения дебита водопонизительиых скважин прово­дят специальные мероприятия по интенсификации отбора воды.

Торпедирование — наиболее простой способ разуплотнения по­роды для повышения ее водоотдачи путем взрыва в скважине за­ряда ВВ. Метод, как правило, используют в устойчивых породах.

Свабирование — метод очистки фильтра и прифильтровой зоны в песках путем погружения в воду и резкого поднятия спе­циального поршня (сваба).

Вакуумирование позволяет создать перепад давления снару­жи и внутри скважины, что приводит к возрастанию притока воды. Для этого в обсадную колонну врезают воздуховод вакуум-насоса. При его периодическом включении в скважине создается разряжение, что повышает ее дебит.

Рис. 2.12. Схема скважины, оборудованной артезианским насосом: 1 — всасывающее устройство; 2 — насос; 3 — колонна водоподъемных труб; 4, — надфильтровые трубы; 5 — опорная часть; 6 — электродвигатель

После обратной засыпки котлованов и траншей или непос­редственно перед их затоплением водопонизительные установки, начиная с нижнего яруса, демонтируют

Рис. 2.13. Свабироваиие скважины: 1 -(поршень); 4 — фильтровая колонна

штанга; 2 — клапаны; 3 — сваб

Дата добавления: 2014-12-23