УСТРОЙСТВО ДРЕНАЖЕЙ
4.30. Дренажи того или иного вида, имеющие непрерывное простирание (траншейные, трубчатые, пластовые и др.) могут применяться для различных задач водопонижения в разнообразных природных условиях.
4.31. Простейшим видом траншейных дренажей, применяемых для строительного водопонижения, являются канавки и передовые траншеи, устраиваемые в котлованах при водоотливе из них.
Когда территория позволяет разместить дренажные траншеи вне котлованов сооружений, траншейный дренаж может быть использован для осушения значительных площадей, на которых необходимо вести работы ниже уровня подземных вод на протяжении длительного времени.
В малоустойчивых грунтах нижняя, затопленная часть канав и траншей может быть заполнена фильтрующим материалом (камнем, щебнем, гравием). При необходимости использования площади, занятой канавами или траншеями, последние после укладки фильтрующего материала могут быть засыпаны грунтом с постепенным переходом в материале засыпки от крупных фракций к мелким (т.е. с устройством обратного фильтра) для предохранения от засорения его водопроводящей части, образуя таким образом закрытый беструбчатый дренаж.
4.32. Трубчатые дренажи могут быть использованы для строительного водопонижения в тех случаях, когда они предусматриваются для постоянных дренажных систем. В этом случае они должны быть выполнены заблаговременно с целью защиты заглубленного сооружения не только в период эксплуатации, но и в период его строительства. Однако трубчатые дренажи могут применяться и только на период строительства, например, на откосах долго существующих котлованов (рис. 32) и в других случаях, когда это оправдано экономически.
Рис. 32. Дренаж на откосах котлована
1 - пониженные уровни подземных вод; 2 - песчаная пригрузка; 3 - дренажная труба; 4 - засыпки гравием
При устройстве трубчатых дренажей, после отрывки траншеи, необходимо отобрать пробы окружающего грунта, уточнить его гранулометрический состав и соответствующий ему состав песчано-гравийной обсыпки, требования к материалу для нее и при необходимости к материалу фильтровых покрытий согласно пп. 4.16 и 4.17.
4.33. Дренажи в виде проходных и полупроходных подземных галерей ввиду их значительной стоимости применяются, в основном, в период эксплуатации сооружений и рудников в качестве постоянного средства осушения территорий предприятий, населенных пунктов, для борьбы с оползнями и т.д. Такие дренажи при их заблаговременном исполнении возможно использовать и для водопонижения в строительный период. При их устройстве необходимо руководствоваться действующими нормативными материалами по подземным горным выработкам и гидротехническим тоннелям.
4.34. Работы по устройству траншейных, трубчатых, галерейных дренажей должны начинаться с прокладки сбросных участков от дренажной сети до открытых водоприемников или существующих коллекторов ливневой канализации при самотечном выпуске, а в случае перекачки - со строительства насосной станции и водоотвода.
4.35. Пластовый дренаж (развитый по площади слой фильтрующего материала) применяется в сочетании с трубчатыми дренами (или беструбчатыми закрытыми дренами) при строительном водопонижении на откосах котлованов (см. рис. 32), а также в основаниях сооружений (например, когда необходимо забетонировать фундаментную плиту и нельзя предотвратить фильтрацию через дно котлована) и в основаниях грунтовых отвалов.
При устройстве пластового дренажа в основаниях грунтовых отвалов отвод воды от них допускается осуществлять с помощью систематически расположенных дрен-канав, устраиваемых под слоем пластового дренажа. Площадь сечения дрен-канав должна быть не менее 0,1 м2. Дрены заполняются каменным или щебеночным материалом или блоками из беспесчаного бетона. По дренам вода отводится в канаву, выполняемую вдоль фронта отвалов.
Устройство пластового дренажа в котловане включает следующие (по порядку выполнения) виды работ: срезку, зачистку и планировку дна котлована до проектных отметок, укладку трубчатых дрен (или устройство беструбчатых дрен-канав), включая подготовку под них и фильтровую обсыпку, укладку по дну котлована песчаного слоя с уплотнением его легкими катками, укладку поверх песчаного слоя гравия или щебня. При выполнении работ нельзя допускать нарушений в сопряжении щебеночного слоя постели со щебеночной обсыпкой труб.
4.36. Каптируемые дренажами подземные воды отводятся к пониженным местам территории, в овраги, речки, водоемы, если есть такие возможности в районе строительства, или к специальным водосборникам (зумпфам), у которых устраиваются перекачные насосные станции.
Устройство заглубленных дренажных насосных станций может выполняться в открытом котловане или способом опускного колодца. Насосные станции глубоких дренажей устраивают в шахтах, проходимых горным способом.
УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДОПОНИЗИТЕЛЬНЫХ СКВАЖИН
4.37. При строительном водопонижении применяются открытые (сообщающиеся с атмосферой) и вакуумные (герметически закрытые) водопонизительные скважины, оборудованные насосами, самоизливающиеся и водопоглощающие скважины и сквозные фильтры.
4.38. Открытые водопонизительные скважины, оборудованные насосами (рис. 33), применяются, в основном, при больших (более 4 м) глубинах гравитационного водопонижения в грунтах с коэффициентом фильтрации св. 2 м/сут при достаточной толщине водоносного слоя, при которой может быть обеспечена необходимая производительность водопонизительных скважин. Они могут применяться в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 2 м/сут, когда их эффективность подтверждается опытными данными, и при водопонижении менее 4 м, если это оправдывается технико-экономическими соображениями.
Рис. 33. Открытая скважина, оборудованная насосом
1 - кондуктор; 2 - песчано-гравийная обсыпка; 3 - местный песчаный грунт; 4 - отстойник; 5 - просечной лист; 6 - надфильтровые трубы; 7 - пьезометр для замера уровня воды в скважине; 8 - пьезометр для замера уровня воды в обсыпке; 9 - направляющие фонари; 10 - муфта; 11 - насосный агрегат; 12 - водоподъемные трубы
Ряд выпускаемых скважинных насосов (см. табл. 24) имеет достаточно широкий диапазон характеристик (см. рис. 29 и 30). Благодаря этому имеются широкие возможности для решения с помощью скважин, оборудованных насосами, задач водопонижения в различных природных условиях.
Применяемые для конкретных объектов насосы должны иметь оптимальные параметры (расход, напор), соответствующие расчетной производительности скважин и требуемой высоте подъема откачиваемой из них воды.
Для контроля за работой скважин каждая десятая-пятнадцатая из них (в зависимости от общего их количества) оборудуется скважинным пьезометром для замера уровня внутри фильтровой колонны, затрубным пьезометром для замера уровней за фильтровой колонной и при подключении скважин к напорному водоотводящему трубопроводу дополнительной задвижкой для замера дебита и взятия проб на пескование. В необходимых случаях дополнительной задвижкой оборудуется каждая скважина.
Для повышения производительности скважины, вскрывающие весь водоносный слой до водоупора, могут выполняться с уширенным основанием - специальной полостью, образуемой в водоупоре и заполняемой фильтрующим материалом.
4.39. Самоизливающиеся скважины (с изливом через устье) применяются тогда, когда возможен излив из них на достаточно более низкую отметку, чем должен иметь пониженный уровень подземных вод.
Самоизливающиеся скважины выполняются вертикальными и под разными углами к вертикали и забуриваются с разных горизонтов с поверхности земли, с берм на откосах, со дна котлована, из подземных выработок - в зависимости от принятого порядка производства работ и от их назначения. Они могут служить основным средством снятия напора, когда излив из них обеспечивает достаточное снижение пьезометрического уровня подземных вод в водоносном слое, и применяться в качестве резервного мероприятия, когда напор снимается с помощью скважин, оборудованных насосами, на случай аварийных перерывов в их работе (рис. 34), а также использоваться для других целей в различных водопонизительных системах.
Скважины, предназначенные для работы в качестве резервных, должны поддерживаться все время в работоспособном состоянии. Этому должно уделяться внимание в течение всего периода работы водопонизительной системы. При длительном «простое» (без излива) самоизливающихся скважин целесообразно производить их периодические прокачки с помощью эрлифта.
Самоизливающиеся скважины должны быть заглублены в достаточно водообильную зону водоносного слоя для снятия напора в нем.
Самоизливающаяся скважина, в которой осаждается грунт, должна иметь ниже фильтрового звена отстойник, а устье скважины должно быть защищено от попадания в нее случайных предметов и грунта.
В случае прекращения самоизлива необходимо установить, не связано ли это с засорением или повреждением скважины. При необходимости следует принять срочные меры к ее восстановлению.
Самоизливающиеся горизонтальные или слабо наклонные к горизонту скважины, устраиваемые с берм на откосах (рис. 35) или на природных склонах, предназначаются для забора воды из глубины грунтового массива и устранения открытой фильтрации через грунт. Они иногда оказываются более эффективными или менее сложными в исполнении, чем устройство дренажа, пригрузок на откосах и т.п.
Системы радиальных самоизливающихся скважин, забирающих воду из водоносного слоя и отводящих ее в центральный водосборный колодец, представляют собой лучевые водозаборы (рис. 36), используемые при крупных и длительных водопонизительных работах.
Возможно применение радиальных скважин без специального водосборного колодца, когда лучи направляются в сторону потока подземных вод из одного или нескольких пунктов в котловане (например, из его углов), а вода от них отводится по канавкам.
Рис. 34. Система водопонижения с применением резервных самоизливающихся скважин
1 - иглофильтры; 2 - открытые скважины, оборудованные насосом; 3 - самоизливающиеся резервные скважины
В подземных выработках самоизливающиеся скважины (рис. 37) применяются любого направления и используются для водопонижения во всех слоях, окружающих выработки. При необходимости повышения их эффективности они могут быть переустроены в вакуумные подключением к ним насосных установок УВВ.
4.40. Водопоглощающие скважины применяются на тех участках, где слой, в котором требуется понизить воду, хорошо ее отдает и имеет достаточную толщину ниже требуемого пониженного уровня подземных вод, а нижележащие слои грунта обладают надлежащей поглощающей способностью.
4.41. Сквозные фильтры (рис. 38) применяются для строительного водопонижения в сочетании с дренажными галереями (или другими подземными выработками) там, где такие системы предусматриваются для работы в эксплуатационный период.
Вода, сбрасываемая по сквозным фильтрам в дренажные галереи и подземные выработки, отводится по ним к устью и далее к наружному водоотводу или к водосборникам подземной насосной станции (рис. 39), откуда откачивается на поверхность.
4.42. Вакуумные скважины с погружными насосами и герметически закрытым устьем, предусматриваемые для вакуумного водопонижения (при котором в фильтрах скважин поддерживается вакуум до 7-8 м водяного столба в грунтах с коэффициентами фильтрации ниже 2 м/сут) (рис. 10) могут выполняться с поверхности, а также из открытых и подземных горных выработок. Они оборудуются дополнительно наземными вакуум-насосами (или эжекторами) для откачки воздуха.
Рис. 35. Схема устройства горизонтальной скважины
1 - фильтровая колонна, оборудованная наконечником с обратным клапаном; 2 - опорная рама; 3 - домкраты с зажимным хомутом; 4 - маслостанция; 5 - откидные домкраты для упора трактора в грунт; 6 - передвижная насосная станция гидроподмыва; 7 - отстойник для обратной воды
Рис. 36. Лучевой водозабор
1 - шахта; 2 - лучевые скважины; 3 - центробежные насосы
Вакуум-скважины должны иметь дополнительные приборы и устройства по сравнению с открытыми скважинами: вакуумметр, устройство для измерения уровня воды в скважине, задвижку и манометр на напорном трубопроводе. Задвижка и манометр должны устанавливаться на каждой вакуум-скважине. Все погружные насосы, установленные в вакуум-скважине, должны иметь обратный клапан, расположенный непосредственно над насосом.
При устройстве и эксплуатации вакуум-скважин необходимо обращать внимание на:
повышенную опасность возникновения пескования скважин, что требует особой тщательности подбора и устройства обсыпки скважин;
необходимость ограничения поступления воздуха в скважины, для чего фильтры вакуум-скважин должны быть достаточно (не менее чем на толщину осушаемого слоя) удалены от откосов выработки, а на верхних участках надфильтровых труб должны выполняться глиняные тампоны;
необходимость тщательной герметизации муфтовых соединений надфильтровых труб, крышки скважины и сальниковых уплотнений в местах пересечения с крышкой всех элементов оборудования, а также точной центровки в скважине фильтровой колонны;
важность ограничения колебаний уровней воды в скважине: наиболее низкий, уровень должен обеспечить требуемое заводом-изготовителем подтопление насоса, а наиболее высокий - достаточно малый (отвечающий проектному) напор в пределах фильтра скважины (зона колебаний уровня воды в вакуум-скважине может быть допущена и в пределах отстойника, если это не противоречит требованиям проекта).
4.43. Устройство открытых и вакуумных водопонизительных скважин, оборудуемых насосами; самоизливающихся скважин, забуриваемых с поверхности или из выработок; водопоглощающих скважин и сквозных фильтров возможно с помощью механического и гидравлического бурения с последующим погружением в буровую скважину фильтровой колонны и устройством обсыпки, непосредственно гидравлическим погружением фильтра в грунт, гидропневматическим погружением фильтров и обсадных труб. Допускается задавливание, забивка и вибропогружение труб. Наиболее распространено механическое бурение с применением вращательного способа с прямой и обратной промывками, грейферного и ударного способов.
