Водоупорами
В неоднородных водоносных пластах для определения расхода потока подземных вод вводится среднее значение Кф.ср.
Приток грунтовых вод к водозаборам. Водозаборы — это сооружения для забора подземных вод в целях водоснабжения, отвода с территорий строительства или понижения их уровней.
Вертикальные водозаборы – буровые скважины и шахтовые колодцы, горизонтальные – траншеи, галереи, штольни, лучевые – водосборные колодцы с водоприемными лучами-фильтрами.
Водозаборы бывают одиночные и групповые. Свершенные вскрывают водоносный горизонт на полную его мощность, а несовершенные – на неполную.
Временный отвод воды (или снижение уровня) на период производства строительных работ называют строительным водозабором, а на весь период эксплуатации объекта – дренажами.
Депрессионные воронки. При откачке воды возникает воронка депрессии с формой в плане близкой к кругу, а в вертикальном разрезе с криволинейными линиями (рис. 66).
Рис. 66. Депрессионная воронка:
1 – точка откачки; 2 – нормальный уровень; S – понижение уровня в центре воронки; R = радиус воронки
Радиус влияния депрессионной воронки R и крутизна кривых депрессий зависят от водопроницаемости грунтов. Значение R можно определять: 1) по формулам, 2) бурением скважин и 3) по аналогии с действующими водозаборами. Из формул используют расчет Кусакина (для ненапорной воды). Точные значения R получают при бурении скважин (рис. 67).
Рис. 67. Определение радиуса влияния откачки R по буровым скважинам:
1 – скважина для откачки воды; 2 – 6 – скважины для замера уровней воды
Ориентировочные значения R на каждые 10 м понижения воды приведены в табл. 9, а депрессионные воронки в разных грунтах – на рис. 68. Хорошо водопроницаемые гравий и песок имеют широкие воронки с большим радиусом влияния, у слабо водопроницаемых суглинков более узкие воронки с небольшим значением R.
Таблица 9
|
Грунты |
Радиус влияния R, м |
|
Мелкозернистые пески Средние пески Крупные пески Очень крупные пески, галечники |
50 – 100 100 – 200 200 – 400 400 – 600 и более |
Рис. 68. Депрессионные воронки в разных грунтах:
1 – гравий; 2 – песок; 3 – суглинок
В песках уклоны кривых депрессий составляют 0,02-0,006, а в суглинках 0,1-0,05.
Водозаборные сооружения. Для водоснабжения и водопонижения чаще всего используют колодцы и буровые скважины. Принцип их работы практически одинаковый. Движение подземных вод в период откачки происходит в форме радиального потока.
Колодцы и траншеи, дно которых достигает водоупоров, называют совершенными; если дно выше волоупора, то несовершенными (рис. 69). Уровень воды до откачки называют статическим, а пониженный в процессе откачки уровень – динамическим.
Приток воды (дебит) к совершенному колодцу определяют по формуле Дюпюи.
Рис. 69. Водозаборные колодцы совершенного (а) и несовершенного (б) вида
В несовершенный колодец вода поступает через его стенки и дно. Дебит таких колодцев меньше чем у совершенных. Максимальный дебит бывает лишь в том случае, если соседние колодцы удалены от него на расстоянии не менее двух радиусов влияния.
Поглощающий колодец (скважина, шурф) предназначен для приема сточных вод или пополнения запасов в нем воды.
При поглощении воды вокруг колодца возникнет воронка поглощения аналогично депрессионной с выпуклостью вниз (рис. 70).
Рис. 70. Поглощающие колодцы для сброса воды:
а – в грунтовые и б – в межпластовые воды; R – радиус воронки поглощения
Траншеи (канавы) для понижения уровня грунтовых вод (рис. 71) могут быть совершенного и несовершенного вида с притоком воды к ним из одной или с двух сторон.
Рис. 71. Горизонтальные дрены:
а – открытая канава; б – закрытая канава; 1 – дренажная труба;
2 – фильтрующий материал; 3 – слой глинистого грунта для
предохранения фильтрующего материала от атмосферной воды
Дренажные траншеи могут быть открытые и закрытые. Открытые траншеи глубиной менее 2,5 м называют канавами. Вода сбрасывается по уложенным в траншеях трубам (рис. 72).
Дренажные канавы эффективны лишь при расстояние между ними меньше 2R, с пересечением кривых депрессионных воронок.
Рис. 72. Дренажные траншеи: а – открытые; б – закрытые
Водопонижеие уровней грунтовых вод на строительных площадях может быть достигнуто такими типами дренажей:
• самотеком поды с помощью подземных галерей в глубине склона, перерезающих водоносные слои (рис. 73);
• принудительной откачкой открытым способом насосом, установленным за его пределами (рис.74) или закрытым способом установками (ЛИУ) в виде системы иглофильтров (рис. 75), которые устанавливают вокруг котлованов или вдоль траншей и присоединяют к всасывающему коллектору;
• отводом воды по горизонтали или вертикали;
• откачкой воды .
С помощью ЛИУ понижают уровень воды на 4,5 м (одним ярусом) в песках с Кф от 1 – 2 до 40 – 50 м/сут. При глубоком водононижении применяют 2 или 3 яруса установок. Для осушения мелких и пылеватых песков или супесей с Кф = 0,01 – 1,0 м/сут применяют эжекторные иглофильтры, создавая вакуум в водонасыщенном грунте, улучшая водоотдачу и усиливая эффект водопонижения.
Отвод воды от котлована можно осуществлять по горизонтали дренажными траншеями, и по вертикали колодцами и буровыми скважинами. Горизонтальные дренажные траншеи заглубляются в водоносные слои и бывают открытыми и закрытыми. Системы дренажей. На защищаемых от подтопления территориях применяют следующие схемы дренажей: однолинейную, двухлинейную, многолинейную, кольцевую и комбинированную с отводом воды за счет самотека.
Линейная схема в виде головного дренажа используется для перехвата потока грунтовой воды выше объекта (рис. 76).
Рис. 73. Подземная водосборная галерея:
1 – галерея, 2 – поток грунтовой воды, 3 – водоносный грунт; 4 – возможное оползневое тело; 5 – водоупор
Рис. 74. Открытый водоотлив из котлована:
1 – приямок (зумпф) с фильтром; 2 – насос; 3 – водоупор
Рис. 75. Осушение котлована иглофильтрами:
1 – строительный котлован; 2 – иглофильтры; 3 – водоупор;
H – уровень подземной воды; S – понижение уровня воды
Рис. 76. Головной дренаж (план и разрез участка):
1 – направление потока воды; 2 – головная дрена; 3 – смотровые колодцы; 4 – пониженный
уровень воды; 5 – здания
Береговой дренаж. Однолинейная схема — это одиночная протяженная дрена вдоль одной из границ защищаемой территории. Головная дрена перехватывает поток грунтовой коды от водораздела и располагается вдоль верхней границы защищаемой территории. Береговая дрена (рис. 77) у нижней границы вдоль берега водоема служит для перехвата грунтовых вод со стороны водораздела. Воды со стороны берега может перехватывать и головная дрена.
Кольцевой дренаж защищает от подтопления подвальные помещения отдельных зданий или небольшие участки, а также отдельные сооружения с глубокими фундаментами путем перехвата воды по контуру участка. Дренаж выполняют в виде кольца (рис. 78), полукольца П- или Г-образной формы. Воду сбрасывают самотеком при малом заглублении или насосной станцией при большом.
Рис. 77. Береговой дренаж (план и разрез участка):
1 – береговая дрена; 2 – пониженный уровень воды; 3 – здание
Рис. 78. Кольцевой дренаж (план и разрез участка):
1 – дрены; 2 – смотровые колодцы; 3 – сбросная часть дренажа; 4 – пониженный уровень воды; 5 – здания
Систематический дренаж в виде многолинейной схемы применяют при малой мощности водоносного слоя для равномерного и длительного осушения значительных территорий. В зависимости от геологического строения территории этот дренаж может быть горизонтальным или вертикальным (рис. 79 и 80).
Пластовые дренажи являются служат для защиты отдельных зданий и дорог от возможного подтопления при подъеме уровня грунтовых вод. По контуру сооружений укладывается дренажный слой из песка (или гравия) с дренажной трубой (рис. 81).
Комбинированная схема дренажа включает линейные дренажи для всей территории и кольцевого дренажа у значительно заглубленного здания.
Рис. 79. Систематический дренаж горизонтального типа:
а – план; б – разрез; 1 – дрены; 2 – дренажный коллектор; 3 – смотровой колодец; 4 – пониженный
уровень; 5 – кварталы города; 6 – сброс воды
Рис. 80. Систематический дренаж вертикального тала:
а – план; б – разрез; 1 – поглощающие скважины; 2 – кварталы города; 5 – пониженный уровень
Рис. 81. Пластовый дренаж:
1 – дрены; 2 – смотровые колодцы, 3 – сброс воды; 4 – дренажные трубы; 5 – крупный песок;
6 – грунт основания; 7 – фундамент