Лекция 26. Подготовка к производству земляных работ, водоотвод, водоотлив и водопонижение, замораживание грунтов

Применение электролиза

Электролиз широко применяется в различных отраслях промышленности. В химической промышленности электролизом получают такие важные продукты как хлор и щелочи, хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, перманганат калия, органические соединения, химически чистые водород, кислород, фтор и ряд других ценных продуктов.

Электролитическое выделение металла из раствора называется электроэкстракцией. Руда или обогащенная руда - кон­центрат подвергается обработке определенными ре­агентами, в результате которой металл переходит в раствор. После очистки от примесей раствор направляют на электролиз. Металл выделяется на катоде и в большинстве случаев характеризуется высокой чистотой. Этим методом получают главным образом цинк, медь и кадмий.

В цветной металлургии электролиз используется для рафинирования металлов, для извлечения металлов из руд. Электролитическому рафинированию металлы подвергают для удаления из них примесей и для перевода содер­жащихся в них компонентов в удобные для переработки продукты. Из металла, подлежащего очистке, отливают пластины и поме­щают их в качестве анодов в электролизер. При прохождении тока металл подвергается анодному растворению - переходит в виде катионов в раствор. Далее катионы металла разряжаются на ка­тоде, образуя компактный осадок чистого металла. Содержащиеся в аноде примеси либо остаются нерастворенными, выпадая в виде анодного шлама, либо переходят в электролит, откуда пе­риодически или непрерывно удаляются. К числу металлов, получаемых электролизом расплавленных сред относятся алюминий, магний, цирконий, титан, уран, бериллий и ряд других металлов.

Электролиз применяют во многих отраслях машиностроения, радиотехники, электронной, полиграфической промышленности для нанесения тонких покрытий металлов на поверхность изделий для защиты их от коррозии, придания декоративного вида, повышения износостойкости, жаростойкости, получения металлических копий.

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Белецкий Б.Ф. Технология строительных и монтажных работ. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1986.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

2.Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01-83).-М.:Стройиздат,1986.

3.Болотских Н.С. Водопонижение. - Харьков: Изд. при Харьк. гос. университете издат. объединения "Вища школа", 1981.

4.Болотских Н.С. Справочник по водопонижению. Оборудование и технология. -К.: Будивельник, 1985.

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА

1.Плакат "Открытый водоотлив из траншей"

2.Плакат "Искусственное понижение уровня грунтовых вод"

3.Плакат "Детали иглофильтров"

4.Плакат "Устройство дренажа"

5.Плакат "Крепление траншей и котлованов"

Подготовительные работы, выполняемые до начала разработки грунта, это подготовка территории (очистка от кустарника, леса, пней и больших камней, снятие растительного слоя, осушение тер­ритории, снос строений, водоотвод и т.п.); геодезические работы (разбивка опорной сети, установка реперов, нивелирование площад­ки и разбивка сооружений); подготовка к производству земляных работ в зимний период (утепление грунта и организация снегоза­держания); подготовка мерзлых грунтов к разработке (очистку и оттаивание грунта).

К вспомогательным работам, выполняемым в процессе устройствземляных сооружений или после их возведения, относятся: рыхление плотных и мерзлых грунтов; водоотвод, водоотлив и водопонижение; искусственное закрепление грунтов; уплотнение грунтов; отделка поверхности земляных сооружений (зачистка, планировка и т.п.).

К основным относятся непосредственно работы по разработке и укладке грунта.

Разбивка земляных сооружений на местности. Производство зем­ляных работ разрешается после выполнения геодезических разбивочных работ по выносу в натуру проекта земляных сооружений и уста­новки необходимых разбивочных знаков.

До начала производства земляных работ представители строитель­ной организации и заказчика проверяют правильность разбивки соору­жений в натуре и составляют акт с приложением к нему разбивочных схем.

Разбивку котлована начинают с выноса и закрепления на местности створными знаками основных разбивочных осей, в качестве которых обычно принимают взаимно перпендикулярные крайние или центральные оси сооружения. После выноса и закрепления этих осей вокруг буду­щего котлована на расстоянии 2-3 м от него параллельно осям уста­навливают обноску, а после устройства котлована натягивают прово­локи по осям здания (сооружения) и их фундаментам, а также про­волоки, отмечающие толщину стен и фундаментов. Оси и размеры с натянутых проволок переносят на дно котлована при помощи отвесов.

Разбивка трасс подземных трубопроводов включает установку временных реперов и закрепление на местности оси трассы вешка­ми через 10 м на прямых и 5 м на кривых участках.

При разработке подводных выемок (траншей), например при про­кладке дюкеров, самотечных линий водозаборов и т.п., в составе разбивочных работ устанавливают продольную осевую линию. При этом знаки, закрепляющие плановое и высотное положение осей и бровок подводных траншей, устанавливают на берегу, вне зоны строитель­ных работ, складирования и транспортирования материалов (труб), в местах, не подверженных осадкам, оползням, размыву и воздей­ствию ледохода.

Водоотвод необходим для защиты котлованов траншей от затоп­ления их ливневыми, талыми водами. Для водоотвода обычно использу­ют расположенные с нагорной стороны резервы, кавальеры, а также специально устраиваемые 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 неразмывающих скоростей. Воду из всех водоотводящих устройств, а также от резервов и кавальеров отводят в пониженные места, удаленные от возводимых и существующих сооружений.

Водоотлив. Поскольку большинство сооружений и сетей возводят либо в непосредственной близости от водоемов, либо в условиях обводненных и неустойчивых грунтов, при устройстве котлованов и траншей часто возникает необходимость в предварительном осушении грунтов с использованием средств водоотлива или способов искусствен­ного водопонижения. Выемки (котлованы и траншеи) при небольшом притоке грунтовых вод разрабатывают с применением открытого водо­отлива, а если приток значителен и толщина водонасыщенного слоя, подлежащая 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 разработки котлованов и траншей: 1) разработка грунта сухоройными машинами и механизмами с предварительным его осушением; 2) разработка грунта средствами гидромеханизации с последующим осушением котлованов и траншей. В соответствии с ними устанавливают очередность работ как по монтажу водоотливных и водопонизительных установок, их эксплуатации, так и по разработке котлованов и траншей. Так, если котлован размещен на берегу, в пре­делах поймы реки, то разработку его начинают только после мон­тажа и пуска 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 I подъема), работам по водопонижению предшествуют работы по ограждению котлована специальными дамбами (перемычками), после чего удаляют воду из котлована и организуют откачку воды, фильт­рующей в котлован. При заглублении такого котлована необходимо производить в нем глубинное понижение уровня грунтовых вод под всей его площадью. При разработке котлованов средствами гидроме­ханизации (например, земснарядами) к откачке воды из котлована и водопонижению преступают лишь после устройства всего котлована. Правильное решение задач строительного водопонижения облегчает производство земляных работ и последующих по возведению сооруже­ний и прокладке трубопроводов, повышает устойчивость их откосов.

Начальное осушение котлованов требуется после ограждения их перемычками. При этом объем воды, подлежащей откачке (W ), сос­тавит

(4.1)

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

По величине объема начального водоотлива подбирают тип и количество насосных агрегатов.

В процессе осушения котлована очень важно правильно выбрать скорость откачки воды, так как очень быстрое осушение может вызвать повреждения перемычек откосов и дна котлована. В первые дни от­качки понижение уровня воды не должно превышать 0,5 - 0,7 м/сут в котлованах из крупнозернистых и скальных грунтов, 0,3 - 0,4 из среднезернистых и 0,15 – 0,2 м/сут в котлованах из мелкозернис­тых грунтов. В дальнейшем понижение уровня можно увеличить до 1 - 1,5 м/сут, но на последних 1,2 -2м глубины, откачку воды следует замедлить. Нельзя допускать аварийного затопления котло­ванов (из-за остановки насосов), так как это может привести к длительному перерыву в строительстве сооружений и, кроме того, к повреждению котлована.

Открытый водоотлив предусматривает откачку притекающей воды непосредственно из котлована или траншеи. Способ применяют в скальных, обломочных, галечниковых и гравийных грунтах, устойчивых против фильтрационных деформаций. Открытый водоотлив часто при­меняют в сочетании с грунтовым водопонижением. При этом откры­тый водоотлив используют для удаления из котлована вод поверх­ностного стока, а установки глубинного водопонижения - для пони­жения УГВ.

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 (рис. 1; а). Водосборные канавы устраивают шириной по дну 0,3 - 0,6 м и глу­биной 1 - 2 м с уклоном 0,01- 0,02 в сторону приямков.

Размеры приямков в плане в целях удобства их очистки прини­мают 1x1 или 1,5x1,5 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 (см. рис 1,б).

Число приямков зависит от расчетного притока воды к котлова­ну и производительности насосного оборудования.

Приток воды к котловану рассчитывают по формулам установив­шегося движения грунтовых вод. В зависимости от гидравлического состояния водоносного пласта котлованы разрабатывают в условиях безнапорных (случай, наиболее часто встречающийся в практике) или напорных вод.

Для совершенных котлованов (когда их дно доходит до водоупора) приток воды при безнапорном режиме рассчитывают по формуле

(4.2)

где Q - приток воды в котлован, м³/сут; k - коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут; H - толщина безнапорного водоносного пласта, м; R - радиус депрессии, м; r₀ - приведен­ный радиус, м котлована.

Значения приведенного радиуса для котлованов прямоугольной формы подсчитывают по формуле

(4.3)

где L - длина котлована, м; В - ширина, м; η - коэффициент, зависящий от соотношения ()

	~ 0	0,2	0,4	0,6	0,8
η		1,12	1,16	1,18	1,18	1,18

Для котлованов неправильной формы r₀ определяют из выражения

(4.4)

где F - площадь реального котлована, м²

Когда котлован не доходит до водоупора (несовершенный) приток воды в напорных условиях определяют по формуле В.М.Шестакова

(4.5)

где m - толщина напорного водоносного пласта, м; S - заглубление дна котлована относительно неподвижного УГВ, м.

В случае притока к несовершенному котловану безнапорных вод его величину вычисляют по формулам, (4.2) и (4.5), если рассматривать приток выше дна котлована как безнапорный к совершенному котлова­ну, а поступающий через дно - как напорный.

Коэффициенты фильтрации (к) отдельных слоев грунта определяют путем инженерных гидрогеологических изысканий, но для предваритель­ных расчетов можно воспользоваться следующими ориентировочными значениями к; м/сут: для галечника - 200; гравия - 100 - 200; песка крупного и гравелистого – 50 - 100, среднезернистого - 10 - 25 и мелкозернистого - 2 - 10; супеси - 0,2-0,7; суглинка - 0,005 - 0,4; глины - 0,005 и менее.

Определив приток воды к котловану, уточняют тип и марку насо­сов, их количество. Чаще всего для водоотлива применяют центро­бежные насосы тип. С, а для откачки загрязненной воды - самовса­сывающие центробежные насосы этого же типа. При глубине котлованов и траншей до 7 м применяют одиночные или спаренные диафрагмовые насосы, устанавливаемые на берме, которые могут откачивать загряз­ненные воды. При глубине выемок более 7 м применяют как напорные центробежные насосы, так и специальные погружные насосы типа "Гном" способные откачивать загрязненные воды в количестве до 40 м³/ч при высоте подъема до 18 м. Насосы этого типа с герметически закрытым двигателем, опущенные на дно приямков, могут работать непрерывно практически без обслуживания и смазки.

Количество насосов или насосных установок (N_н.у) для водоот­лива определяют по формуле

(4.6)

где Q - расчетный приток воды к котловану, м³/ч; φ - коэф­фициент резерва мощности насосных установок (равный 1,5); П - производительность насосной установки.

Системой насосных установок качают воду в водосборный коллек­тор и по нему отводят ее за пределы котлована. Открытый водоотлив довольно эффективный и простой способ осушения котлованов и траншей.

Однако он несвободен от одного существенного недостатка, а именно при нем возможно разрыхление или разжижение грунтов в осно­вании и унос частиц грунта фильтрующейся водой. Поэтому на практике во многих случаях чаще применяют различные способы искусственного понижения уровня грунтовых вод, т.е. грунтового водоотлива.

Понижение уровня грунтовых вод достигается их откачкой из сис­темы трубчатых колодцев (иглофильтров) расположенных вокруг котлована или вдоль траншеи, обеспечивающей снижение УГВ ниже дна будущей выемки (котлована, траншеи). Грунтовый водоотлив может быть приме­нен в различных гидрогеологических условиях и, кроме того, он имеет ряд преимуществ перед открытым водоотливом; отпадает необходимость устраивать пологие откосы или шпунтовые ограждения, создаются благоприятные условия для широкой механизации строительных работ и др.

Водопонизительные работы при грунтовом водоотливе осуществляют различными способами, в том числе с помощью легких и эжекторных иглофильтров, открытых водопонизительных скважин. При осушении глинистых грунтов применяют специальные способы водопонижения - вакуумирование и электроосушение (электроосмос). Способ водопонижения и тип применяемого оборудования выбирают в зависимости от глубины разработки котлована (траншеи), инженерно-геологических и гидрогеологических условий, сроков строительства, конструкции сооружения и технико-экономических показателей.

Расчет водопонизительных установок, расположенных по контуру котлована, предполагает определение их дебита (Q), при котором в пределах заданного контура обеспечивается понижение УГВ (в безнапорных водах) или напора (в напорных).

Общий дебит (Q м³/сут) совершенных колодцев (доведенных до водоупора), расположенных по периметру котлована, разрабатываемого в безнапорных водах, определяют по формуле

(4.7)

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

Глубину воды в колодцах, м, при этом находят из выражения

(4.8)

где n - число колодцев (скважин).

Аналогично общий дебит совершенных колодцев, расположенных по периметру котлованов, разрабатываемых в напорных пластах, составит

(4.9)

где m - толщина напорного водоносного слоя, м.

Глубина воды в колодцах при этом

(4.10)

Далее задачу расчета контурной водопонизительной установки решают методом подбора. Вначале задаются некоторым числом сква­жин (n) и понижениями уровня воды в них и по формулам (4.7) или (4.9) определяют общий дебит установки (Q) и каждой скважины

Затем по формулам для h₀ (4.8) или (4.10) нахо­дят 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 УГВ.

Грунтовый водоотлив или искусственное водопонижение осуществ­ляют, когда осушаемые породы имеют достаточную водопроницаемость, т.е. когда коэффициент фильтрации их составляет не менее 1-1/5м/сут.

Применить его в грунтах с коэффициентами фильтрации менее 1-2 м/сут обычно нельзя из-за малых скоростей движения грунтовых вод. В этих случаях используют вакуумирование или способ электроосушение (электроосмос). Для водопонижения в грунтах с коэффициен­тами фильтрации 1-40 м/сут используют легкие иглофильтровые уста­новки, а при коэффициентах фильтрации грунтов более 40 м/сут (особенно при большой толщине водоносного слоя и длительных сро­ках откачки) скважины большого диаметра с артезианскими или пог­руженными насосами. В грунтах с небольшими коэффициентами фильт­рации и при близком залегании водоупора от дна котлована применя­ют эжекторные иглофильтры.

Иглофильтровый способ, предусматривает использование для откачки воды из грунта часто расположенных скважин с трубчатыми водоприемниками малого диаметра - иглофильтров, соединенных общим всасывающим коллектором с обшей (для группы иглофильтров) насосной станцией.

Для искусственного понижения УГВ на глубину 4-5 м в песчаных грунтах применяют легкие иглофильтровые установки (ЛИУ). При этом для осушения траншей шириной до 4,5 м используют однорядные иглофильтровые установки (рис. 2,а), а при устройстве более широких траншей (например, для прокладки коллекторов) - двухрядные (рис.2,б). Для осушения котлованов применяют замкнутые по контуру установки (рис.2,в). При необходимости понижения уровня воды на глубину более 5 м применяют двух- трехъярусные иглофильтровые установки (рис. 2, г). В этом случае вначале вводят в действие первый (верхний) ярус иглофильтров и под его защитой отрывают верхний уступ котлована, после чего монтируют второй (нижний) ярус иглофильтров и отрывают второй уступ котлована и т.д. После ввода в действие каждого последующего яруса иглофильтров предыдущие можно отключить и демонтировать.

Рис. 1. Открытый водоотлив из котлована (а) и траншеи (б): 1 - дренажная канава; приямок (зумпор); 3 - пониженный уровень грунтовых вод; 4 - дренажная пригрузка; 5 – насос; 6 - шпунтовая стенка; 7 - инвентарные распорки; 8 - всасывающий рукав с сеткой (фильтром).

Применение иглофильтров может оказаться эффективным и для -водопонижения в слабопроницаемых грунтах, если под ними залегает более водопроницаемый слой. При этом иглофильтры заглубляют в нижний слой (рис.2, д) с обязательной их обсыпкой.

Легкие иглофильтровые установки (рис.3, а) помимо иглофильтров включают также водосборный коллектор, объединяющий их в одну водопонизителъную систему, центробежные насосные агрегаты и отво­дящий трубопровод. иглофильтр (рис.3, в) состоит из фильтрового звена, через которое из грунта поступает вода, надфильтровой ко­лонны (трубы) и наконечника с зубчатой коронкой. К надфильтровой трубе диаметром 50 мм и длиной 7-8,5 м внизу присоединяют фильт­ровое звено, а вверху - гибкий рукав. Фильтровое звено длиной 1,25 м состоит из двух труб (рис.3, г, д): внутренней диаметром 38 ммсплошной и наружной диаметром 50 мм с отверстиями. Наруж­ная труба обернута фильтрующей и защитной сеткой и выполнена вни­зу в виде наконечника, внутри которого размещены кольцевой и ша­ровой клапаны.

Погружают легкие иглофильтры на глубину 7-8 м всего гидравли­ческим способом. При этом иглофильтр с присоединенным к нему шлангом от насоса поднимают краном в вертикальное положение (рис. 3, б), после чего включают насос. Вода, нагнетаемая по внутренней трубе иглофильтра (рис.3, д) отталкивает шаровой клапан 23 (коль­цевой клапан 21 при этом закрывает доступ в пространство между наружной и внутренней трубами) и поступает к наконечнику 25, вый­дя из которого с большой скоростью, размывает грунт. В результа­те образуется скважина, в которую опускают иглофильтр. Расстояние между иглофильтрами принимают в зависимости от схемы их располо­жения (кольцевой или линейной), глубины водопонижения, типа насосно­го агрегата и гидрогеологических условий, но обычно эти расстоя­ния равны 0,75; 1,5, а иногда и 3 м.

Откачку воды из системы с легкими иглофильтрами производят насосным агрегатом, состоящим из центробежного насоса, соединен­ного с вакуум-насосом или вихревым самовсасывающим насосом. При откачке воды шаровой клапан 23 иглофильтра (см. рис.3, г) под влиянием вакуума поднимается, а кольцевой клапан 21 опускается, открывая путь грунтовой воде, поступающей во внутреннюю трубу через отверстия наружной трубы фильтра.

Рис. 2. Водопонижение легкими иглофильтровыми установками (ЛИУ):

1 - траншея с креплениями; 2 - всасывающий коллектор; 3 - соединительные патрубки (шланги); 4 - кран или вентиль; 5 - насосный агрегат; 6 - иглофильтры; 7 - пониженный уровень грунтовых вод; 8 - водоприемное (фильтровое) звено иглофильтра; 9 - проложенный трубопровод в траншее; 10 - напорный трубопровод; 11 - сборный трубопровод; 12 - дренажная пригрузка; 13 - иглофильтры верхнего яруса; 14 - то же, нижнего яруса; 15 - конечное положение депрессионной поверхности грунтовых вод; 16 - глиняный тампон; 17 - песчано-гравийная обсыпка.

Рис. 3. Оборудование легких иглофильтровых установок:

а - об­щий вид иглофильтровой установ­ки; б - погружение иглофильтров; г - водоприемное фильтровое звено иглофильтра в процессе откачки во­ды; д - то же, при гидравлическом погружении иглофильтра; в - игло­фильтр в собранном виде; 1 - гибкое соединение иглофильтра со всасы­вающим коллектором 2; 3 - насос­ный агрегат; 4 - опора; 5 - иглофиль­тры; 6 - кран; 7 - коллектор; 8 - шланг; 9 - колонна для наращи­вания; 10 - скважина; 11 - фильт­ровое звено иглофильтра; 12 - надфильтровая труба; 13 - конец надфильтровой трубы; 14 - внутренняя труба; 15 - шайба; 16 - муфта; 17 - резиновое кольцо; 18 - наруж­ная перфорированная труба; 19 - проволочная обмотка; 20 - сет­ка; 21 - кольцевой клапан; 22 - седло клапана; 23 - шаровой клапан; 24 - ограничитель; 25 - наконечник с зубчатой коронкой.

На практике применяют легкие иглофильтровые установки раз­личных типов: ЛИУ - 3, ЛИУ - 5 и ЛИУ - 6 производительностью 60,120 и 140 м³/ч с комплектом в 60-100 иглофильтров. Установки ЛИУ отличаются мобильностью, возможностью быстро погружать иглофильт­ры в грунт в собранном виде, отсутствием в скважинах механизмов с движущимися частями, простотой и надежностью в эксплуатации.

Эжекторные иглофильтровые установки (ЭИУ) (рис.4, а) откачи­вают воду из скважин при помощи водоструйных насосов-эжекторов, работающих по принципу передачи энергии одним потоком воды дру­гому. ЭИУ используются для понижения УГВ одним ярусом на глуби­ну от 8 до 20 м в грунтах с к 2-3 м/сут. Установки состоят из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками (рис.4, б), распреде­лительного трубопровода (коллектора) и центробежных насосов. Эжекторные водоподъемники, помещенные внутри иглофильтров (рис.4, в), приводятся в действие струей рабочей воды, нагнетаемой в них насосом под давлением 0,6-1,0 МПа через коллектор. Рабочая вода поступает в кольцевой зазор между внутренней и наружной колонной труб иглофильтра (см. рис.4, в) и далее к входному окну эжектора 12, состоящего из насадки, камеры смешения, горловины и диффузора. Рабочая вода, выходя из насадки с большой скоростью, вследствие внезапного расширения струи, создает разрежение и подсасывает из внутренней трубы грунтовую воду, смешиваясь с ней, и подает ее вверх. Как видно из схемы эжекторной установки (рис.4, а), вода, выбрасываемая из иглофильтров, поступает в лоток и затем сливается в циркуляционный резервуар, откуда часть воды вновь засасывается насосом, а остальная сбрасывается за пределы строительной площад­ки.

Эжекторный иглофильтр (рис.4, б) состоит из надфильтровых труб диаметром 2,5 (ЭИ-2,5) или 4 дюйма (ЭИ-4), фильтрового звена (рис.4, в), из внутренних колонн водоподъемных труб, к нижнему концу которых прикреплен эжекторный водоподъемник. Производитель­ность эжекторных иглофильтров ЭИ-2,5 и ЭИ-4 при напоре рабочей воды 0,6-1 МПа составляет соответственно 1-1,8 и 2,9-5,1 л/с.

Погружают эжекторные иглофильтры также как и легкие, гидравлическим способом. Воду при этом нагнетают насосом через верхний конец колонны 9 (при погружении иглофильтра в полностью собранном виде) или через муфту (при погружении труб отдельными звеньями). Расстояние между иглофильтрами определяется расчетом, но в сред­нем оно равно 5-15 м. Эжекторные иглофильтры в песчаных и гравелистых грунтах работают хорошо без обсыпки их фильтрующими мате­риалами, а в мелкозернистых грунтах такая обсыпка необходима.

Выбор оборудования иглофильтровых установок, а также типа и числа насосных агрегатов производят в зависимости от величины ожидаемого притока грунтовых вод и требований ограничения длины коллектора, обслуживаемого одним насосом. Для подачи рабо­чей воды в иглофильтры применяют центробежные насосы типа НДВ, НДС, МС, а для сброса воды из циркуляционного резервуара или для подачи воды в распределительный трубопровод - центробежные консольные насосы типа К. Распределительный (напорный) трубопровод собирают из звеньев стальных труб с приваренными патрубками для присоединения иглофильтров и высоконапорного насоса. При большом числе иглофильтров и значительной длине трубопровода его делают переменного сечения с уменьшением диаметра по мере удаления от насоса точек присоединения иглофильтров. Откачиваемую воду отво­дят по трубопроводу из фанерных труб, водоотводящим деревянным лоткам и только в особых случаях по напорному трубопроводу из стальных труб.

Электроосмотическое водопонижение или электроосушение основано на использовании в целях усиления эффекта водоотдачи явления элект­роосмоса, т.е. способности воды двигаться в порах грунта, находя­щемся под воздействием поля постоянного тока, от анода к катоду. Его используют в слабопроницаемых (глинистых, илистых, суглинистых) грунтах, имеющих коэффициенты фильтрации менее 1 м/сут при ширине котлована до 40 м. При этом вначале по периметру котлована на расстоянии 1,5 м от его бровки и с шагом 0,75-1,5 м погружают иглофильтры-катоды, соединенные с отрицательным полюсом источника постоянного тока, а затем с внутренней стороны контура этих игло­фильтров на расстоянии 0,8 м от них с таким же шагом, но со сме­щением, т.е. в шахматном порядке, погружают стальные трубы (или стержни) - аноды, соединенные с положительным полюсом (рис.4, д). Причем и иглофильтры и трубы (стержни) погружают на 3 м ниже необходимого уровня водопонижения. Рабочее напряжение системы, исходя из требований техники электробезопасности, не должно пре­вышать 40-60 В.

При пропускании тока вода, заключенная в порах грунта, пере­двигается от анода к катоду, благодаря чему коэффициент фильтра­ции его возрастает в 5-25 раз, а уровень напора в массиве грунта снижается, что в целом значительно повышает эффективность работы иглофильтровой установки.

Открытые соединяющиеся с атмосферой водопонизительные скважины, оборудованные насосами, применяют в тех случаях, когда требуются большие глубины понижения УГВ, а также когда использование иглофильтров затруднительно.

Рис. 4. Водопонижение эжекторными иглофильтрами, водопонизительными скважинами и электроосмотическим способом: 1 - низконапорный насос; 2 - циркуляционный резер­вуар; 3 - высоконапорный насос; 4 - распределительный трубопровод; 5 - сливной лоток; 6 - трубопровод; 7 - эжекторный иглофильтр; 8 - водоприемное фильтровое звено; 9 - водоотводящая труба; 10 - труба от насоса; 11 - наружная труба; 12 - диффузор с насадкой; 13 - сет­ка; 14 - шаровой клапан; 15 - наконечник с зубчатой коронкой; 16 - отстойник; 17 - просечен­ный лист; 18 - песчано-гравийная обсыпка; 19 - местный песчаный грунт; 20 - кондуктор; 21 - пьезометр для замера уровня воды в скважине; 22 - то же, в обсыпке; 23 – надфильтровая труба; 24 - водоподъемные трубы; 25 - направляющие фонари; 26 - муфта; 27 - насосный агре­гат; 28 - трубы-аноды; 29 - иглофильтры-катоды; 30 - двигатель-генератор; 31 - насосный агре­гат; 32 - всасывающий коллектор; 33 - пониженный уровень грунтовых вод.

Для откачки воды из скважин применяют артезианские турбинные насосы типа АТН (АТН-8 и АТН-10), а также глубинные насосы погруженного типа (с погружным электродвигателем). По сравнению с насосами АТН последние имеют ряд преимуществ: отсутствует длинный вал от двигателя к насосу (поэтому они могут быть использованы в искривленным скважинах), они более компактны и имеют меньшую массу, их легче монтировать и демонтировать, они проще в эксплуатации. Для откачки воды из скважин используют также погружные высокона­порные насосы типа АПВ, насосы ЭЦНВ-8 и ЭЦНВ-10.

Вакуумный способ водопонижения, при котором в зоне иглофильтра создается устойчивый вакуум, применяют для осушения мелкозернис­тых грунтов (пылеватых и глинистых песков, супесей, мелких суглинков, илов, лессов), имеющих малые коэффициенты фильтрации (от 0,01 до 3 м/сут).

В установках УВВ для создания во всасывающем коллекторе устойчивого вакуума применяют водовоздушный эжектор, а для откачки воды - водоводяной эжектор. Оба они питаются рабочей водой, поступа­ющей к ним от центробежного насоса. В установках ЭВВУ, применяемых для водопонижения в сложных гидрогеологических условиях (слабопроницаемые, слоистые грунты различной проницаемостью), использу­ет эжекторы с концентрическим водоприемником. Благодаря наличию кольцевого вакуумного зазора между фильтровой оболочкой и концен­трически расположенным в ней эжекторным водоподъемником он имеет непосредственный контакт со всеми осушаемыми слоями грунта. Одна такая установка, включающая 30 вакуумных концентрических водоприемников для осушения слоистых грунтов и 30 эжекторных иглофильт­ров для осушения однородных грунтов. При прокладке в сложных гидро­геологических условиях трубопроводов и коллекторов применяют эффек­тивные передвижные установки вакуумного водопонижения типа УВГ-1, ПУВВ-1, ПУВВ-1м, ПУВВ-2, ПУВВ-ЗД и др.

Замораживание грунтов заключается в создании искусственного прочного и водонепроницаемого ограждения любой формы в плане из замороженного грунта, препятствующего прониканию грунтовой воды или водонасыщенных неустойчивых грунтов в котлован при производ­стве строительных работ.

Для замораживания грунтов по периметру котлована через толщу водоносных грунтов бурят скважины с заглублением их на 2-3 м в водоупорный слой, а затем в скважины опускают замораживающие трубы (колонки), нижний конец которых геометрически заварен в виде конуса.

Рис. 5. Способы искусственного закрепления грунтов: а - схема цементации шунтов; б - инжектор для силикатизации и смолизации грунтов; в - пневматическая установка непрерывного действия для силикатизации грунтов; г – домкрат для извлечения инжекторов; д - схема замораживания грунтов; 1 - подача воды; 2 - растворосмеситель; 3 - возвратная труба при бесциркуляционном способе нагнетания; 4 - то же, при циркуляционном способе; 5 - нагнетательная труба; 6 - циркуляционный насос; 7 - всасывающие трубы; 8 - основной ниппель; 9 - глухое звено; 10 - переходной ниппель; 11 - перфорированное звено; 12 - наконечник; 13 - подача сжатого воздуха; 14 - люк; 15 - подача раствора к инжектору; 16 - вентиль регулирования давления; 17 - манометр; 18 - предохранительный клапан; 19 - подача рабочего раствора; 20 - водомерное стекло; 21 - контрольный вентиль; 22 - насос подачи рассола; 23 - испаритель; 24 - грязеуловитель; 25 - компрессор; 26 - маслоотделитель; 27 - манометрическая станция; 28 - конденсатор; 29 - замораживающая колонка; 30 - питающая труба; 31 - коллектор; 32 - распределитель; 33 – рассолопроводы.

В колонку опускают трубы меньшего диаметра (питающие), с открытым нижним конусом, не доходящим до дна на 40-50 см. Пита­ющие трубы колонок подключают к специальным трубам, соединенным с завораживающей станцией. По трубам, и колонкам циркулирует раствор хлористого кальция (рассол), с низкой температурой замерзания обладающий способностью оставаться в ЖИДКОМ состоянии при отрицательных температурах (рис.5). На замораживающей (холодильной) станции рассол охлаждают до температуры 20-40 ⁰С и насосом нагнетают в распределитель, откуда он равномерно распределяется по питающим трубам колонок. Достигнув дна колонки, рассол под дав­лением поднимается вверх по зазору между питающей трубой и замо­раживающей колонкой. При этом происходит теплообмен, т.е. рассол отнимает тепло у грунта, окружающего колонку, понижает его тем­пературу и постепенно его замораживает. Затем рассол снова посту­пает в коллектор и на замораживающую станцию для нового охлаждения и цикл повторяется. В результате вокруг каждой колонки образует­ся массив замороженного грунта, объем которых в процессе дальнейшего заживания увеличивается и они, смерзаясь, образуют сплошной и замкнутый массив замороженного грунта вокруг котлована. Чтобы он не размораживался холодильная станция должна работать в течение всего периода строительства. В качестве хладагента в холодильных станциях используют в основном аммиак, редко фреон или жидкий азот. Толщину стен и объем ледогрунтового ограждения, а также мощность холодильной установки (станции) определяют статическим и теплотехническим расчетами в зависимости от размеров и очертания котлована, прочностных и других характеристик замора­живаемого грунта. Расстояния между замораживавшими колонками принимают при однорядном их расположении 1-1,5 м, а между рядами (при многорядном расположении) - 2-3 м.

Все колонки перед пуском проверяют на герметичность гидравлическим их испытанием при давлении до 2,5 МПа. Пространство между колонкой и стенками скважины заполняют песком, так как прослойка воздуха замедляет процесс замораживания грунтов.

При строительстве заглубленных и подземных сооружений с использованием способа замораживания грунтов котлован ограждается от внешних подземных вод непроницаемым льдогрунтовым массивом и поэтому при этом никакие дополнительные водоотливные средства не потребуются.

Лекция 27. СТРОИТЕЛЬСТВО НАРУЖНЫХ СЕТЕЙ (ТРУБОПРОВОДОВ)

Дата добавления: 2014-01-11