1 часть. Искусственное понижение уровня грунтовых вод
 Скачать 173.11 Kb.
|
|
ВВЕДЕНИЕ Водозащитные мероприятия применяются, как правило, на площадках со вторым типом грунтовых условий по просадочности с целью снижения вероятности замачивания грунтов, исключения интенсивного замачивания на всю толщину, контроля за состоянием сетей, обеспечения своевременного предотвращения замачивания. В комплекс водозащитных мероприятий входит: компоновка генплана, планировка застраиваемой территории, устройство под зданиями и сооружениями маловодопроницаемых экранов, качественная засыпка пазух котлованов и траншей, устройство уширенных отмосток, прокладка коммуникаций, несущих воду, в непроницаемых лотках, отвод аварийных вод за пределы здания. Для обеспечения прочности, устойчивости и эксплуатационной надежности зданий, возводимых в грунтовых условиях II-го типа по просадочности, необходимы расчеты на воздействие: искривления основания под зданием вследствие просадки грунта от собственной массы; неравномерных просадок основания от нагрузки фундаментов в случае неполного устранения просадочности грунтов в деформируемой зоне основания; горизонтальных деформаций основания; усилий, возникающих в контактных устройствах крупнопанельных домов при замыкании деформационных швов. Конструктивные мероприятия применяют при строительстве зданий на просадочных грунтах II типа по просадочности , возводимых с использованием комплекса мероприятий, которые направлены на: повышение прочности и общей пространственной жесткости зданий и сооружений; увеличение податливости зданий и сооружений за счет применения гибких или податливых конструкций; обеспечение нормальной эксплуатации зданий и сооружений при возможных неравномерных просадках грунтов основания. Искусственное понижение уровня грунтовых вод Водопонижение на строительстве метрополитенов применяют при сооружении станций, тоннелей и подземных переходов, возводимых открытым способом, при проходке станционных и перегонных тоннелей закрытым способом, при строительстве стволов шахт, а также выполнении различных работ, сопутствующих сооружению тоннелей метрополитена (перекладка коммуникаций, подводка или укрепление фундаментов и др.). Для водопонижения применяют: легкие иглофильтровые установки, эжекторные иглофильтры, установки вакуумного и забойного водопонижения, а также глубинные насосы, устанавливаемые в водопонижающие скважины, Сущность метода водопонижения основывается на том, что при откачке грунтовых вод, поступающих в скважину, котлован или подземную выработку, поверхность воды в грунте приобретает воронкообразную форму с уклоном к месту откачки (рис. 86). Воронкообразную (пониженную) поверхность грунтовых вод называют депрессионной поверхностью, а пространство между этой поверхностью и непониженной поверхностью грунтового потока — депрессионной воронкой. По мере откачки воды депрессионная воронка увеличивается по площади распространения и в глубину. Если интенсивность откачки остается постоянной, то со временем наступает стабилизация-установившийся режим, при котором не происходит дальнейшего развития депрессионной воронки. С прекращением откачки уровень грунтовых вод восстанавливается. Целью водопонижения является развитие и поддержание депрессионной воронки в водоносных грунтах, т. е. их поддержание в осушенном состоянии в течение всего периода возведения сооружения. В ряде случаев водо-понижение применяют для снятия избыточного напора в подстилающих водоносных грунтах, отделенных от дна котлована слоем водоупорного грунта.  Рис. 86. Схема водопонижения: а — одной скважиной; б — двумя скважинами при водоупоре ниже дйа котлована; в — то же на уровне дна котлована; 1 — контур котлована под строящееся сооружение; 2 — водопони-жающая скважина; 3 — сухой грунт, находящийся выше уровня грунтовых вод (УГВ); 4 — депрессионная воронка (осушенный водопонижением грунт); 5 — поверхность депрессии; 6 — обводненный грунт; 7 — погружной насос; 8 — водоупорный слой; h — максимальная высота остаточного слоя воды, снимаемого открытым водоотливом Однако в ряде случаев (например, когда близко под дном котлована залегают водоупорные грунты) полностью осушить водоносные грунты не удается и над водоупором остается слой воды толщиной 0,5-1 м. Для его снятия чаще всего применяют открытый водоотлив с помощью переносных насосных установок, откачивающих воду из устраиваемых временных колодцев (зумпфов). При выборе способа водопонижения учитывают характеристики грунтов и условия их залегания, мощность водоносного слоя, коэффициент фильтрации, размеры осушаемой зоны в грунте, способы производства горнопроходческих или строительных работ, продолжительность водопонижения, характеристики имеющихся технических средств водопонижения. Открытый водоотлив При открытом водоотливе грунтовая вода, просачиваясь через откосы и дно котлована, поступает в водосборные канавы и по ним в приямки, откуда откачивается насосами. В мелкозернистых грунтах водосборные канавы, а иногда и откосы котлована загружаются песчано-гравийной смесью, которая служит хорошей водо-проводящей средой, предохраняющей канавы и откосы от оплывания. Водосборные канавы сооружаются с уклоном 0,01—0,02 в сторону приямка (зумпфа). Количество приямков сооружается исходя из расчетного притока воды к котловану и производительности насосного оборудования, принятого для откачки воды. Общая схема открытого водоотлива приведена на рис. III-4.  Рис. III-4. Схема открытого водоотлива 1 — сниженная поверхность грунтовых вод; 2 — напорный трубопровод; 3 —первоначальная поверхность грунтовых вод: 4 - насос; 5 — сборная канава; 6 — приямок. Стрелками показано направление движения воды Машины, применяемые для открытого водоотлива Центробежные насосы типа С широко применяются при открытом водоотливе. Самовсасывающие центробежные насосы типа С предназначены для откачки загрязненной воды. Центробежные насосы консольного типа К — горизонтальные одноступенчатые — могут подавать 5— 360 м3 воды в час. Привод насосов осуществляется от электродвигателя через упругую муфту, ременную передачу или фланцевое соединение. Насосы, соединяемые с электродвигателем фланцами, называются моноблок-насосами типа КМ. Насосы типа К на водопонизительных работах применяются для предварительной откачки воды из котлованов, разработанных гидромеханизмами или путем выемки грунта из-под воды. Эти насосы используются также в качестве составной части специальных установок; например, насос 6К-8 входит в установку вакуумного водопонижения УВВ-2. Центробежные секционные насосы типа МС предназначены для перекачки чистой воды с температурой до 60° С и применяются для поверхностного водоотлива, питания эжекторной системы водопонижения. Насосы типа МС широко используют для гидравлического погружения в грунт легких и эжекторных иглофильтров и труб при устройстве трубчатых колодцев. Каждый типоразмер насоса МС содержит 2—10 рабочих колес, что определяет величину создаваемого насосом напора и соответственно потребляемую мощность. Водопонижающие скважины бурят за пределами контура возводимых конструкций. Их расположение в плане зависит от размеров сооружения, а также от гидрогеологических характеристик грунтов и может быть: линейным (в один или несколько рядов по прямой линии, например, при проходке перегонных тоннелей), контурным (по контуру, огибающему сооружение, например, котлован, для сооружения станции метрополитена открытого способа работ), кольцевым (например, при проходке шахтных стволов), комбинированным (например, когда при широких котлованах внутри контура водопонижающих скважин располагают еще один или несколько рядов таких же скважин). Водопонижение с помощью легких иглофильтров. Этот способ основан на создании и поддержании вакуума самовсасывающими насосами в широко разветвленной сети иглофильтров, погруженных в грунт и соединенных резиновыми шлангами с коллектором (рис. 87). Грунтовая вода засасывается через фильтры во всасывающий коллектор и откачивается насосами за пределы осушаемой площади. Легкий иглофильтр представляет собой колонну труб диаметром 46-50 мм и длиной до 8,5 м, соединенных герметично. В нижней части колонны имеется фильтровое звено, состоящее из двух труб: наружной, имеющей по всей поверхности равномерно распределенные отверстия, и внутренней, с открытым нижним концом. Наружная труба обматывается спиралью, поверх которой натягивается фильтрационная сетка. Звено заканчивается наконечником с шаровым клапаном. Каждый иглофильтр погружают в грунт с помощью гидроподмыва, используя давление струи воды. Одним ярусом легких иглофильтров можно понизить уровень грунтовых вод до 4,5 м. Для понижения грунтовых вод на большую глубину применяют иглофильтры, которые располагают ярусами. Легкие иглофильтровые установки типа ЛИУ используют при разработке котлованов и траншей в грунтах с коэффициентом фильтрации до 1 м/сут. Водопонижение с помощью эжекторных иглофильтров. Такие иглофильтры имеют специальное устройство для подъема воды — эжектор (водоструйный насос). Одним ярусом таких эжекторных иглофильтров можно понизить уровень грунтовых вод до 18-20м в грунтах с коэффициентом фильтрации 0,5-1 м/сут. В основу конструкции эжекторных иглофильтров положен принцип действия водоструйного насоса, в котором движущаяся с большой скоростью струя воды забирает с собой некоторое дополнительное количество воды с нижнего уровня и поднимает его на более высокий. Схема действия эжекторного иглофильтра основана на следующем (рис. 88). В колонну 1 иглофильтра опускают эжекторный водоподъемник (эжектор) на трубе 2. Рабочая вода в эжектор подается по кольцевому пространству между внешней и внутренней водоподъемной трубами. Вытекая из насадки 6 с большой скоростью под действием насоса 4, струя рабочей воды вовлекает за собой в диффузор 5 воду, поступающую в фильтровое звено 7 из окружающих пород. Откачиваемая иглофильтрами грунтовая вода в смеси с рабочей водой по трубе 2 поступает в циркуляционный резервуар 3, из которого часть избыточной воды уходит в водосток и канализацию, а другая часть снова поступает в центробежные насосы для питания иглофильтров. Погружение эжекторных иглофильтров происходит при подмыве воды, поступающей через шаровой клапан 8. При большой глубине, а также неблагоприятных геологических условиях бурят специальные скважины, в которые вставляют иглофильтры. На строительстве применяются эжекторные установки типа ЭЙ. В комплект установки входят от 16 до 36 иглофильтров, высоко— и низконапорные насосы с электродвигателями, распределительный трубопровод и циркуляционный бак. Эжекторные иглофильтровые установки применяются для водопонижения при разработке грунта котлованов и траншей глубиной до 10-12 м.  Рис. 87. Схема работы легкой иглофильтровой установки: 1 — насосный агрегат; 2 — иглофильтр; 3 — коллектор; 4 — фильтровая часть иглофильтра УГВ — уровень грунтовых вод  Рис. 88. Схема действия эжекторного иглофильтра Вакуумный метод водопонижения. Метод основан на создании устойчивого вакуума на наружных поверхностях водоприемных устройств (фильтровых участках труб). Вакуумирование водонасыщенных грунтов применяют для усиления эффекта водопонижения в сложных гидрогеологических условиях — в грунтах с коэффициентами фильтрации 0,05— 2 м/сут, при малой водопроницаемости, низкой водоотдаче и неоднородном сложении грунтов, в частности при переслаивании водоносных и водоупорных слоев. Вакуумирование достигается применением установок вакуумного водопонижения УВВ с обычным иглофильтром для понижения уровня грунтовых вод до глубины 6-7 м, эжекторными вакуумными водопонижающими установками ЭВВУ с вакуумными концентрическими скважинами, позволяющими вести врдополижение до глубины 20-22 м в переслаивающихся водоносных и водоупорных грунтах, и установками забойного водопонижения УЗВМ, предназначенными для осушения мелких и пылеватых песков в призабойной зоне при открытом и закрытом способах работ. В установках УВВ для создания в полости всасывающего коллектора устойчивого вакуума используется водовоздушный эжектор, активизирующий в основном воду, которая выделяется из во-довоздушной смеси, поступающей из иглофильтров. Вода откачивается водоводяным эжектором. Оба эжектора питаются рабочей водой, поступающей к ним от центробежного насоса. Для обеспечения устойчивой работы каждый из эжекторов может принимать на себя функции другого. Эжекторные вакуумные водопонижающие установки с вакуумными концентрическими скважинами отличается от обычных установок с эжекторными иглофильтрами конструкцией скважин. Установка забойного водопонижения, работающая на принципе вакуумного водопонижения (рис. 89) при проходке тоннеля щитовым способом позволяет преодолевать участки со сложными гидрогеологическими условиями. Глубинное водопонижение. Этот способ основан на откачке воды из водоносных слоев с помощью глубинных центробежных насосов, устанавливаемых в водопонижающих скважинах, пробуренных вокруг будущей подземной выработки. В скважины опускают трубчатые фильтры на уровень водоносного горизонта, и затем буровые обсадные трубы извлекают из грунта, при этом создается непосредственный контакт фильтра с окружающим его грунтом. В результате откачки воды из скважины глубинным насосом образуется депрессионная воронка, внутри которой грунты в значительной степени осушаются. Глубинное водопонижение применяют при откачке воды с глубин более 20 м. При водопонижении в пределах котлованов могут возникнуть нежелательные последствия. В этих случаях котлованы должны ограждаться вертикальными, а в случаях обильного поступления грунтовых вод и горизонтальными водонепроницаемыми завесами Устройство водонепроницаемых стенок Приток грунтовых вод может быть уменьшен, если он ограждается водонепроницаемой стенкой, которая нижним краем заглубляется в водонепроницаемый грунт. Такая водонепроницаемая стенка может быть выполнена в виде шпунтовой стенки, стенки из буронабивных свай или стенки прорези, заполненной глиной бетоном или специальными бетонируемыми растворами. Замораживание грунта Замораживание грунтов применяется при сооружении глубоких котлованов и шахт. При замораживании прилегающего массива грунта образуется вертикальная водонепроницаемая стенка, под защитой которой осуществляется его разработка. Применение метода замораживания грунта становиться более целесообразным по мере увеличения глубины сооружаемого котлована. При глубинах, в которых химическое инъецирование весьма сомнительно. Однако он является весьма энергоемким и дорогим. Замораживание расчитано исключительно на замораживание грунта вокруг сооружаемого котлована. При повышеном поступлении воды в котлован необходимо сооружение вокруг его специального ограждения, стенки которого будут замороженым грунтом. Дно котлована должно быть покрыто слоем бетона или защищено инъеционным раствором, образующих водонепроницаемую завесу. Преимущество метода замораживания грунта является то, что после сооружения котлована и подачи охлаждающего раствора грунт возвращается в первоначальное состояние без каких либо нарушений и изменений. Применяется два метода замораживания двух этапное и одноэтапное. Двухэтапное замораживание грута. На растоянии от 0,5 до 1,0 м от края котлована в грунте пробуриваются скважины диаметром от 150 до 250 мм. Так как извлечение труб при глубоком бурении затруднительно и дорого, то бурение осуществляется без обсадных труб с применеие тиксотропных жидкостей. В каждое из пробуреных отверстий затем вводится закрытые с нижнего конца стальные трубы, которые нзываются замораживающими. Оборудование необходимое для замораживания, состоит из морозильной установки, одного расположеного в котловане холодильника для двойной системе труб охлаждения и замораживающих колонок. Одноэтапное замораживание грунта. При применении этого метода охлаждающее свойство использумой жидкости передается на специальный охлаждающий раствор, используемый в качестве теплоносителя. Применение для водопонижения сжатого воздуха, называемое также пневматическим отжатием воды, может применяться как для вертикального, так и горизонтального отжатяя воды вокруг котлованов. Горизонтальное отжатие применяется при сооружении туннелей или штреков, вертикальное отжатие — при применении кессонов и водолазных колоколов. Этот способ стал известен в связи с тем, что его применение позволяет легко отжать воду из грунта, находящегося под давлением грунтовых вод или под водой. В зтих случаях необходимое давление воздуха должно быть не меньше давления водной среды. Для горизонтального отжатия воды из грунта по данным работы метод применим в следующих случаях; в рыхлых грунтах, в которых отжатие воды не приведет к какому- либо нарушению структуры; не происходит осадок возведенных поблизости сооружений; возможен сбой в работе имеющихся водопонизительных установок (насосов и др.). Применение кессонов целесообразно: при погружении их на значительную глубину ниже уровня грунтовых вод или свободной водной поверхности; в илистых или склонных к образованию пльгвунов грунтах, которые не могут быть осушены гравитационными методами; в прочных неравномерных грунтах, пропускающих воду и имеющих крупные включения; если не могут быть использованы другие способы водопонижения или применение их не экономиадо. При применении кессонов, которые четко определяют размеры сооружаемого котлована или фундамента, пневматическое водопонижение является весьма эффективным. Этот метод осуществим в сложных геологических условиях. Электроосмотический способ водопонижения - электроосушение - основан на использовании явления электроосмоса, представляющего собой движение воды в порах грунта в поле постоянного электрического тока от анода к катоду. Способ может быть применен в незасоленных грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут и удельным электрическим сопротивлением более 500 Ом/см при ширине котлована до 40 м. Электроосушение заключается в создании вокруг массива грунта электроосмотической завесы, которая приводит заключенную в нем воду в капиллярно-натяженное состояние и позволяет вскрыть котлован "насухо". С этой целью по периметру будущего котлована устанавливаются два ряда электродов (рис.23): с внешней стороны иглофильтры (катоды), из которых производят откачку воды, а с внутренней - металлические трубы (аноды).  ЗАКЛЮЧЕНИЕ В каждом конкретном случае технология водопонижения и используемое оборудование выбирается в зависимости от параметров котлована, гидрологических и геологических условий, конструкции будущего сооружения и требований технико-экономического характера. Водопонижение с использованием грунтового водоотлива может осуществляться с использованием водопонижающих скважин, оборудованных насосами, а также с помощью различных иглофильтровых установок. ЛИТЕРАТУРА Механика грунтов, основания и фундаменты. Ухов С.Б., Семенов В.В., Высшая школа, 2007 г. Устройство котлованов и водопонижение, Кнаупе В. 1988, Стройиздат СНиП 3.02.01-87 Водопонижение |