Понижение уровня грунтовых вод

Понижение уровня грунтовых вод -более совершенный, но и более сложный метод борьбы с их притоком в выемки.

При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо осушать водонасыщенный грунт, чтобы обеспечить его разработку и предотвратить поступление грунтовых вод в котлован, траншею или подземную выработку на период выполнения в них строительных работ.Осушение грунта выполняют открытым водоотливом или искусственным понижением уровня грунтовых вод.

Рисунок-1. Схема открытого водоотлива

а-из котлована (поперечный разрез); 1-зумпф;2-всасывающая труба; 3-насос;б-из траншеи (план);1-зумпф; 2-ус; 3-всасывающая труба; 4-насос;

Водоотлив применяют при незначительном притоке воды в выемки.Осушение выемки открытым водоотливом заключается в том, что при разработке котлована в водоносном грунте подошве выемки придают небольшой уклон ( рис-1) к устраиваемому в самой пониженной части приямку (зумпфу).

Читай далее отвод поверхностных вод

Приямки устраивают вне габаритов сооружений на расстоянии 3…10 м друг от друга и заглубляют ниже основания сооружения на 0,5…0,6 м. Воду из приямков откачивают поршневыми, диафрагмовыми или центробежными насосами, а затем отводят по лоткам или водоотводным канавам от выемки.

Затем разработку котлована ведут наклонными слоями с заглубленным зумпфом. При разработке траншей зумпф устраивают в специальном отсеке траншеи, называемом усом. Открытый водоотлив применяют в глинистых и песчаных пылеватых грунтах с коэффициентом фильтрации менее 1 м в сутки и отсутствии ниже дна осушаемой выемки напорных грунтовых вод.Недостаток этого метода осушения -возможность разжижения грунта и выноса его частиц фильтрующейся водой.

Понижение уровня грунтовых вод -более совершенный, но и более сложный метод борьбы с их притоком в выемки.Уровень грунтовых вод понижают путем непрерывной откачке из специальных скважин, сооружаемых в массиве грунта. Для искусственного понижения уровня грунтовых вод разработан ряд эффективных способов, основными из которых являются иглофильтровый, вакуумный, электроосмотический и открытых водопонизительных скважин.

При иглофильтровом способе искуственного понижения грунтовых вод используют иглофильтровые установки, состоящие из стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части, водосборного колектора и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем.Стальные трубы погружают в обводненный грунт по периметру котлована или вдоль траншеи ( рис-2).

Рисунок-2. Схема иглофильтрового способа понижения уровня грунтовых вод

а-для котлована при одноярусном расположении иглофильтров; б-то же, при двухъярусном расположении иглофильтров; в-для траншеи; г-схема работы фильтрующего звена при погружении в грунт и в процессе откачки воды; 1- насосы; 2-кольцевой коллектор; 3-депрессионная кривая ; 4-фильрующее звено ; 5-фильтрационная сетка ; 6-наружная труба; 7-внутренняя труба; 8-кольцевой клапан; 9-гнездо кольцевого клапана; 10-шаровой клапан; 11-ограничитель.

Фильтрующее звено состоит из наружной перфорированной и внутренней глухой труб. Наружная труба внизу имеет наконечник с шаровым и кольцевым клапаном. На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке, обеспеченной резервными насосами. При работе насосов уровень воды в иглофильтрах понижается.

Из-за дренирующих свойств грунта от понижается и в окружающих грунтовых слоях, образуя новую границу уровня грунтовых вод, называемую депрессионной кривой. Иглофильтры погружают в грунт через буровые скважины или путем нагнетания в трубу иглофильтра воды под давлением до 0,3 МПа(гидравлическое погружение).

Поступая к наконечнику, вода опускает шаровой клапан, а кольцевой клапан, отжимаемый при этом кверху, закрывает зазор между внутренней и наружной трубами. Выходя из наконечника под давлением, струя воды размывает грунт и обеспечивает погружение иглофильтра. Когда вода всасывается из грунта через фильтровое звено, клапаны занимают обратное положение : шаровой клапан за счет разрежения поднимается а кольцевой опускается, открывая воде, профильтровавшейся в зазор между обеими трубами фильтрового звена, путь в открытый снизу конец внутренней трубы.

Применение иглофильтровых установок наиболее эффективно в чистых песках и песчано-гравелистых грунтах. Наибольшее понижение уровня грунтовых вод, достигаемое в средних условиях одним ярусом иглофильтров, составляет около 5 м. При большей глубине понижения применяют двухъярусные установки. При вакуумном способе водопонижения применяют вакуумные водопонизительные установки, из которых наиболее распространены установки с эжекторными иглофильтрами.

Установки ( рис-3) используют для понижения уровня грунтовых вод в мелкозернистых грунтах ( мелкозернистых и пылеватых песках, супесях, илистых и лессовых грунтах с коэффициентом фильтрации 0,02…1 м/сут), в которых применять легкие иглофильтровые установки нецелесообразно. При работе вакуумных водопонизительных установок вакуум возникает в зоне эжекторного иглофильтра.

Рисунок-3.Схема вакуумной установки

а-вакуумная установка; б-схема действия эжекторного иглофильтра; 1-центробежный насос низкого давления ; 2-циркуляционый резервуар; 3-сборный лоток; 4-напорный насос; 5-напорный рукав; 6-эжекторный иглофильтр; 7-напорная вода; 8-сопло; 9-всасываемая вода; 10-обратный клапан; 11-фильтровая сетка

Фильтровое звено эжекторного иглофильтра устроено по принципу легкого иглофильтра, а надфильтровое звено состоит из наружной и внутренней трубы с эжекторной насадкой. Рабочую воду под давлением 750…800 кПа подают в кольцевое пространство между внутренней и наружной трубами и через эжекторную насадку она устремляется вверх по внутренней трубе. В результате резкого изменения скорости движения рабочей воды в насадке создается разрежение и тем самым обеспечивается подсос грунтовой воды.

Грунтовая вода смешивается с рабочей и направляется в циркуляционный бак. Из циркуляционного бака избыток воды ( за счет поступления грунтовой ) откачивается низконапорным насосом или сливается самотеком. В эжекторной иглофильтровой установке вакуум создается в глубине иглофильтра, что обеспечивает более интенсивный отсос воды и имеет исключительно важное значение при осушении грунтов с незначительной фильтрационной способностью.

Один ярус иглофильтров позволяет уменьшить размеры котлована или траншеи, а следовательно уменьшается и объем земляных работ.Для расширения области применения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут используют явление электроосмоса.В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5…1 м от иглофильтров в сторону котлована погружают стальные трубы или стержни( рис-4).

Рисунок-4. Схема водопонижения с использованием электроосмоса

1-иглофильтр( катод); 2-труба ( анод); 3-коллектор; 4-токопровод;5-насос;6-генератор постоянного тока

Иглофильтры подключают к отрицательному ( катод), а трубы или стержни- к положительному полюсу источника постоянного тока ( анод).Электроды размещают друг относительно друга в шахматном порядке. Шаг, или расстояние анодов и катодов в своем ряду одинаков -около 0, 75…1,5 м. И аноды и катоды погружают на одну и ту же глубину.

В качестве источника электропитания применяют сварочные агрегаты или передвижные преобразователи. Мощность генератора постоянного тока определяют, исходя из того, что на 1 м² площади электроосмотической завесы необходим ток силой 0,5…1 А и напряжением 30…60 В.Под действием электрического тока воды, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается в сторону иглофильтров. За счет движения этой воды коэффициент фильтрации грунта увеличивается в 5…25 раз.

Для понижения уровня грунтовых вод на глубину 4 м и более применяют открытые ( соединяющиеся с атмосферой ) водопонизительные скважины.Метод применяют, когда надо осушить большие строительные площадки с сильным притоком вод ( коэффициент фильтрации более 2 м/сут).

Для сооружения скважин -колодцев на территории строительной площадки пробуривают скважины, которые оборудуют фильтровой колоной, включающей фильтр, отстойник и надфильтровые трубы. Внутрь фильтровой колоны опускают высоконапорный специальный скважинный насос, которым и откачивают воду. Водопонизительные скважины просты в устройстве и надежны в эксплуатации.