Системы отвода поверхностных вод. Отвод поверхностных вод. Уровня грунтовых вод

Поверхностные воды образуются из атмосферных осадков (ливневые и талые воды). Различают поверхностные воды «чужие», поступающие с повышенных соседних участков, и «свои», образующиеся непосредственно на строительной площадке.

Территория площадки должна быть защищена от поступления «чужих» поверхностных вод, для чего их перехватывают и отводят за пределы площадки. Для перехвата вод делают нагорные канавы или обвалование вдоль границ строительной площадки в повышенной ее части (Рисунок 1). Для предотвращения быстрого заиливания продольный уклон водоотводных канав должен быть не менее 0,003.

«Свои» поверхностные воды отводят приданием соответствующего уклона при вертикальной планировке площадки и устройством сети открытого или закрытого водостока.

Каждый котлован и траншея, являющаяся искусственными водосборниками, к которым активно притекает вода во время дождей и таяния снега, должны быть защищены водоотводными канавами ими обвалованием с нагорной стороны.

Рисунок 1. - Защита площадки от поступления поверхностных вод

В случаях сильного обводнения площадки грунтовыми водами с высоким уровнем горизонта площадку осушают с помощью открытого или закрытого дренажа. Открытый дренаж устраивают обычно в виде канав глубиной до 1,5 м, отрываемых с пологими откосами (1:2) и необходимыми для течения воды продольными уклонами. Закрытый дренаж -- это обычно траншеи с уклонами в сторону сброса воды, заполняемые дренирующим материалом (щебень, гравий, крупный песок). При устройстве более эффективных дренажей на дно такой траншеи укладывают перфорированные в боковых поверхностях трубы - керамические, бетонные, асбестоцементные, деревянные (Рисунок 2).

Рисунок 2 -Защита закрытого дренажа для осушения территории

Такие дренажи собирают и отводят воду лучше, так как скорость движения воды в трубах выше, чем в дренирующем материале. Закрытые дренажи должны быть заложены ниже уровня промерзания грунта и иметь продольный уклон не менее 0,005

На стадии подготовки площадки к строительству должна быть создана геодезическая разбивочная основа, служащая для планового и высотного обоснования при выносе проекта подлежащих возведению зданий и сооружений на местность, а также (в последующем) геодезического обеспечения на всех стадиях строительства и после его завершения.

Геодезическую разбивочную основу для определения положения объектов строительства в плане создают преимущественно в виде:

строительной сетки, продольных и поперечных осей, определяющих положение на местности основных зданий и сооружений и их габарит, для строительства предприятий и групп зданий и сооружений;

красных линий (или других линий регулирования застройки), продольных и поперечных осей, определяющих положение на местности и габарит здания, для строительства отдельных зданий в городах и поселках.

Строительную сетку выполняют в виде квадратных и прямоугольных фигур, которые подразделяют на основные и дополнительные (Рисунок 3). Длина сторон основных фигур сетки 200 - 400 м, а дополнительных -- 20 … 40 м.

Строительную сетку обычно проектируют на строительном генеральном плане, реже -- на топографическом плане строительной площадки. При проектировании сетки определяют местоположение пунктов сетки на стройгенплане (топографическом плане), выбирают способ предварительной разбивки сетки и закрепления пунктов сетки на местности.

Рисунок 3 - Строительная сетка

При проектировании строительной сетки должны быть:

Обеспечены максимальные удобства для выполнения разбивочных работ;

Основные возводимые здания и сооружения расположены внутри фигур сетки;

Линии сетки параллельны основным осям возводимых зданий и расположены по возможности ближе к ним;

Обеспечены непосредственные линейные измерения по всем сторонам сетки;

Пункты сетки расположены в местах, удобных для угловых измерений с видимостью на смежные пункты, а также в местах, обеспечивающих их сохранность и устойчивость.

Высотное обоснование на строительной площадке обеспечивается высотными опорными пунктами -- строительными реперами. Обычно в качестве строительных реперов используют опорные пункты строительной сетки и красной линии. Высотная отметка каждого строительного репера должна быть получена не менее чем от двух реперов государственной или местного значения геодезической сети.

Создание геодезической разбивочной основы является функцией заказчика. Он должен не менее чем за 10 дней до начала строительно-монтажных работ передать подрядчику техническую документацию на геодезическую разбивочную основу и на закрепленные на строительной площадке пункты и знаки этой основы, в том числе:

Пункты строительной сетки, красные линии;

Оси, определяющие положение и габарит зданий и сооружении в плане, закрепленные минимум двумя створными знаками у каждого отдельно размещаемого здания или сооружения.

В процессе строительства необходимо следить за сохранностью и устойчивостью знаков геодезической разбивочной основы, что осуществляет строительная организация.

Разбивка земляных сооружений

Разбивка сооружений состоит в установлении и закреплении их положения на местности. Разбивку осуществляют с помощью геодезических инструментов и различных измерительных приспособлений.

Разбивку котлованов начинают с выноса и закрепления на местности (в соответствии с проектом) створными знаками основных рабочих осей, в качестве которых обычно принимают главные оси здания I-I и II-II (Рисунок 4, а). После этого вокруг будущего котлована на расстоянии 2-3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устанавливают обноску (Рисунок 4, б).

Обноска разового использования (Рисунок 4, в) состоит из забитых в грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска должна быть толщиной не менее 40 мм, иметь обрезную грань, обращенную кверху, и опираться не менее чем на три столбика. Более совершенной является инвентарная металлическая обноска (Рисунок 4, г). Для пропуска транспортных средств в обноске должны быть разрывы. При значительном уклоне местности обноску делают с уступами.

Рисунок 4 - Схема разбивки котлованов и траншей: а - схема разбивки котлована: б - схема обноски: в - элементы обноски разового использования; г - инвентарная металлическая обноска: д - схема разбивки траншеи; I-I и II-II - главные оси здания; III-III - оси стен здания; 1 - границы котлована; 2 - обноска; 3 - проволока (причалка); 4 - отвесы; 5 - доска; 6 - гвоздь; 7 - стойка

На обноску переносят основные разбивочные оси и начиная от них размечают все остальные оси здания. Все оси закрепляют на обноске гвоздями или пропилами и нумеруют. На металлической обноске оси закрепляют краской. Размеры котлована поверху и по низу, а также другие характерные его точки отмечают хорошо видимыми колышками или вехами. После возведения подземной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.

Организованное отведение поверхностных вод является важнейшим требованием благоустройства площадки.промышленного предприятия. Скопление дождевых и талых вод на территории предприятия затрудняет движение транспорта, вызывает подтопление зданий, а это может привести к порче оборудования и разрушению строительных конструкций. В некоторых случаях при неблагоприятном рельефе затопление территории может иметь катастрофические последствия. Неполное и недостаточно быстрое отведение дождевых вод даже при небольших дождях ведет к повышению уровня грунтовых вод, преждевременному разрушению дорожных покрытий и ухудшению санитарного состояния площадки. Наряду с дождевыми и талыми водами быстрому отводу подлежит также и вода, стекающая по поверхности дорожных покрытий при их поливке и мойке.

Организация отвода поверхностных вод решается в процессе вертикальной планировки площадки промышленного предприятия и является одной из основных ее задач. Вместе с тем вертикальная планировка должна обеспечить наиболее благоприятные условия и для решения вопросов транспортно-техно- логической связи между отдельными объектами предприятия. Выбранные путем комплексного решения задачи системы ч схемы вертикальной.планировки в значительной степени определяют и решение -вопросов отведения поверхностных вод.

Вертикальная планировка площадки в зависимости от степени охвата территории работами по изменению естественного рельефа может быть сплошной, выборочной или зональной (смешанной). Сплошная система вертикальной планировки предусматривает производство работ по изменению рельефа на всей площадке без каких-либо разрывов. При выборочная системе планируются лишь участки, непосредственно занятые зданиями и другими сооружениями, а на остальной части территории естественный рельеф остается без изменения. При зональной или смешанной системе вертикальной планировки территории промышленного предприятия разбиваются на зоны сплошной и выборочной планировки.

Для выборочной системы должен быть организован отвод атмосферных вод от планируемых участков и обеспечена незаболачиваемость остальной территории.

Отвод поверхностных вод может осуществляться путем устройства открытых водостоков в виде лотков и канав или подземной системы трубопроводов дождевой канализации. В некоторых случаях возможен совместный отвод атмосферных вод с бытовыми и грязными производственными сточными водами по общесплавным или полураздельным сетям канализации.

Открытый тип водоотвода требует довольно значительных площадей для размещения канав и вызывает необходимость в устройстве многочисленных искусственных сооружений на дорогах, затрудняет транспортные связи внутри предприятия. Открытые водостоки не удовлетворяют высоким санитарно- гигиеническим требованиям: в них образуются застои воды и сни легко загрязняются. Единственным преимуществом открытого типа водоотвода является его относительно меньшая стоимость. Однако эксплуатационные затраты на содержание открытых водостоков обычно выше, чем на содержащие трубопроводов дождевой канализации.

Применение открытого способа водоотвода возможно при. некоторых сочетаниях благоприятствующих ему факторов, таких как:

выборочная система вертикальной планировки; малая плотность застройки;

выраженный уклон поверхности земли не менее 0,005, отсутствие котловин;

глубокое залегание грунтовых вод; скальные грунты, хорошо дренирующие грунты; неразвитая схема железнодорожных путей и дорог; малое количество атмосферных"осадков (среднее годовое до 300-400 мм, q^<50);

отсутствие суровых снежных зим.

Иногда различные участки территории промышленных предприятий имеют резко отличающиеся друг от друга плотность застройки, разную насыщенность путями сообщения, подземными и надземными коммуникациями. В таких случаях может применяться комбинированная зональная система водоотвода: на одной части территории устраивается дождевая канализация, на другой - сеть открытых водостоков.

В последнее время в связи с повышающимися требованиями к благоустройству площадок промышленных предприятий преимущественное распространение "получили дождевые канализа* ции. Открытая система водоотвода применяется для поселков и отдельных районов населенных мест с пониженной степенью благоустройства территории или при небольшой плотности застройки и малых величинах показателя интенсивности дождя <720- В городах эта система часто предусматривается только на первую очередь строительства.

Основными (преимуществами закрытой (подземной) системы отвода поверхностных вод являются следующие: наличие на поверхности земли лишь решеток дождеприемников; хорошие условия для движения транспорта и пешеходов - смываемые с поверхности загрязнения сразу же изолируются в подземных трубопроводах; независимость от уровня грунтовых вод; благоприятные условия для присоединения внутренних водостоков; возможность отвода поверхностных вод при плоском рельефе и из пониженных мест; небольшая стоимость эксплуатации; отсутствие затруднений в эксплуатации "В весенний период; отсутствие необходимости в ежегодных ремонтах; возможность использования для отведения чистых, не требующих очистки производственных стоков.

Лекция на тему: Инженерная организация территории населенных мест.
Часть 11: Организация стока поверхностных вод.

Организация стока поверхностных вод

Организация стока поверхностных (ливневых и талых) вод непосредственно связана с вертикальной планировкой территории. Осуществляется организация поверхностного стока при помощи общетерриториальной водосточной системы, которая проектируется таким образом, чтобы собрать весь сток поверхностных вод с территории и отвести в места возможного сброса или на очистные сооружения, не допустив при этом затопления улиц, пониженных мест и подвалов зданий и сооружений.

Рис. 19. Схемы организации поверхностного стока в зависимости от рельефа территории.

Основными параметрами, характеризующими дожди являются – интенсивность, продолжительность и повторяемость дождей.
При проектировании дождевой канализации в расчет берут дождевые воды, дающие наибольшие расходы стока. Т.о. для расчетов принимают средние интенсивности дождя за периоды различной длительности.
Все расчеты проводятся, согласно рекомендациям:
СНиП 23-01-99* Климатология и геофизика.
СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения
Организацию поверхностного водоотвода осуществляют со всех городских территорий. Для этой цели используют открытую и закрытую водосточную системы города, которые выводят поверхностный сток за городскую территорию или на очистные сооружения.

Типы дождевой сети (закрытая, открытая)
Открытая сеть - это система лотков и кюветов, входящих в поперечный профиль улиц, дополненная другими водоотводными, искусственными и естественными элементами.
Закрытая - включает подводящие элементы (лотки улиц), подземную сеть труб (коллекторов), дождевые и смотровые колодцы, а также узлы специального назначения (выпуски, водобойные колодцы, перепадные колодцы и др.).
Смешанная сеть имеет элементы открытой и закрытой сети.

Закрытая дождевая сеть

К специальным сооружениям закрытой дождевой сети относят: дождеприемные и смотровые колодцы, ливневой коллектор, быстротоки, водобойные колодцы и пр.
Дождеприемные колодцы устанавливаются для обеспечения полного перехвата дождевых вод в местах понижения проектного рельефа, на выездах из кварталов, перед перекрестками, со стороны притока воды, обязательно вне полосы пешеходного движения (рис. 20).
На территории жилой застройки дождеприемные колодцы располагаются на расстоянии 150-300м от линии водораздела.
По магистралям дождеприемные колодцы размещают в зависимости от продольных уклонов (Табл. 4).

Рис. 20 Схема размещения дождеприемных колодцев на перекрестках .

Рис. 21. Расположение дождеприемных колодцев в плане магистрали .
1 – коллектор, 2 – водосточная ветка, 3 – дождеприемый колодец, 4 – смотровой колодец.

Ливневой (дождевой) коллектор, расположенный вдоль магистрали, дублируется, если ширина проезжей части магистрали превышает 21 м или, если ширина магистрали в красных линиях более 50м (рис. 21,в). Во всех остальных случаях применяют схемы, изображенные на рис. 21, а, б.
Для удобства эксплуатации длину ветки ливневой канализации ограничивают 40 м. На ней могут располагаться 2 дождеприемных колодца, на стыке которых устанавливают смотровой колодец, однако, на участках с большим объемом стока, количество дождеприемных колодцев может быть увеличено (до 3 в одной точке). При длине ветки до 15 м и скорости движения сточных вод не менее 1м/с, допускается присоединение без смотрового колодца. Диаметр веток принимается в пределах 200- 300 мм. Рекомендуемый уклон – 2-5%, но не менее 0.5%
При необходимости, дождеприемные колодцы делают комбинированными: для приема воды с проезжей части и для принятия вод из дренажных систем (дрен).
Смотровые колодцы располагаются в местах изменения направления трассы, диаметра и уклона труб, присоединений трубопроводов и пересечения с подземными сетями в одном уровне, в соответствии с условиями рельефа (уклонами), объемом стока и характером проложенных коллекторов ливневой канализации, на ливневой (канализационной) сети.
На прямых участках трассы шаг размещения смотровых колодцев зависит от диаметра труб водостока. Чем больше диаметр, тем расстояния между колодцами больше. При диаметре 0.2÷0.45м расстояние между колодцами должно быть не более 50 м, а при диаметре более 2 м – расстояние 250 -300м.
Ливневой коллектор, как элемент ливневой канализации, располагается на застраиваемой территории города в зависимости от общей компоновки всей ливневой сети.

Глубина заложения ливневого коллектора зависит от геологических условий грунта и глубины промерзания. Если в районе строительства грунт не промерзает, то минимальная глубина заложения водостока составляет 0.7м. Определение глубины заложения производится в соответствии с требованиями норм СНиПа.
Обычная водосточная сеть проектируется с продольным уклоном 50/00, но в условиях равнинного рельефа - уменьшают до 40/00.
На равнинных территориях принимают минимальный уклон коллектора, равный 40/00. Такой уклон позволяет обеспечить непрерывность движения (постоянность) ливневых вод в коллекторе и предотвращает его заиливание.
Максимальный уклон коллектора принимают таким, при котором скорость движения воды составляет 7 м/с, а для металлических коллекторов 10 м/с.
При больших уклонах коллекторы могут выйти из строя из-за возникновения гидравлического удара.
К числу возможных сооружений на водосточной сети относятся перепадные колодцы, устраиваемые на участках с большим падением рельефа, для уменьшения скорости движения воды в коллекторе, превышающей наибольшие допустимые нормы. При значительных предельных уклонах местности на трассе коллектора устраиваются быстротоки, водобойные колодцы или применяются чугунные или стальные трубы.
Выпуски водосточной сети по санитарным соображениям желательно устраивать вне границ застройки города в очистные сооружения (отстойники, поля фильтрации).

Открытая дождевая сеть стоит из уличной и внутриквартальной. В сети выделяют кюветы и лотки, удаляющие воду из пониженных мест территории, перепускные лотки, удаляющие воду из пониженных мест территории, и канавы, отводящие воды с больших площадей бассейна. Иногда открытую сеть дополняют русла малых рек и каналы.
Размеры поперечных сечений отдельных элементов сети определяют расчетом. При небольших площадях стока размеры поперечных сечений лотков и кюветов не рассчитывают, а принимают по конструктивным соображениям с учетом стандартных габаритов. В городских условиях водоотводящие элементы, укрепляют по всему дну или по всему периметру. Крутизну откосов кюветов и каналов (отношение высоты откоса к его заложению) устанавливают в пределах от 1:0.25 до 1:0.5.
Лотки и кюветы проектируют вдоль улиц. Трассы водоотводных каналов прокладывают, максимально приближаясь к рельефу, по возможности вне границ застройки.
Поперечное сечение кюветов и лотков проектируют прямоугольной, трапецеидальной и параболической, канав – прямоугольной и трапецеидальной. Наибольшую высоту кюветов и канав ограничивают в городских условиях. Ее делают не более 1.2 м (1.0 м - предельная глубина потока, 0.2м - наименьшее превышение бровки кювета или канавы над потоком).
Наименьшие уклоны лотков проезжей части, кюветов и водоотводящих канав принимают в зависимости от типа покрытия. Эти уклоны обеспечивают наименьшую незаиливающую скорость движения дождевых вод (не менее 0.4 – 0.6 м/с).
На участках территории, где уклоны рельефа больше тех, при которых возникают максимальные скорости течения, проектируют специальные сооружения, быстротоки, ступенчатые перепады.

Особенности проектирования дождевой сети при реконструкции.

На реконструируемой территории проектируемую трассу дождевой сети привязывают к существующим подземным сетям и сооружениям. Это позволяет максимально использовать сохраняемые коллекторы и отдельные их элементы.
Положение сети в плане и профиле определяется конкретными условиями проектирования, а также высотным и планировочным решением территории.
Если существующий коллектор не справляется с расчетными расходами, водосточную сеть реконструируют. Проектное решение в этом случае выбирают, учитывая уменьшение водосборной площади и расчетного расхода воды, за счет прокладки новых коллекторов. Прокладка дополнительных трубопроводов производится на тех же отметках, что и существующая сеть или на более глубоких отметках (при недостаточном заглублении существующей сети). Трубы недостаточного сечения частично заменяют новыми, с большим сечением.
На участках существующей сети, имеющих малое заложение, предусматривают усиление прочности конструкции водостока и отдельных его элементов, а при необходимости и теплозащиту. Продолжение лекции на тему: Инженерная организация территории населенных мест.
Часть 1: Вертикальная планировка городских территорий .
Часть 2:

Поверхностные воды образуются из атмосферных осадков. Различают поверхностные воды «чужие», поступающие с повышенных соседних уча­стков, и «свои», образующиеся непосредственно на строительной площад­ке. Для перехвата «чужих» вод делают нагорные водоотводные канавы или обваловывание. Нагорные канавы устраиваются глубиной не менее 0,5 м и шириной 0,5-0,6 м (рис. 1.9). «Свои» поверхностные воды отводят прида­нием соответствующего уклона при вертикальной планировке площадки и устройством сети открытого водостока .

При сильном обводнении площадки грунтовыми водами с высоким уровнем горизонта осушение осуществляют дренажными системами. Они бывают открытого и закрытого типа. Открытый дренаж применяется при необходимости понижения уровня грунтовых вод на небольшую глубину – 0,3-0,4 м. Их устраивают в виде канав, глубиной 0,5-0,7 м, на дно которых укладывают слой крупнозернистого песка, гравия или щебня толщиной 10-15 см.

Рис 1.9. Защита площадки от поступления поверхностных вод: 1 – бассейн стока воды; 2 – нагорная канава; 3 – строительная площадка

Закрытый дренаж – это траншеи с уклоном в сторону сброса воды, за­полняемые дренирующим материалом. При устройстве более эффективных дренажей на дно такой траншеи укладываются перфорированные трубы (рис.1.10).

При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод (УГВ), необходимо: осушать водонасыщенный грунт и обеспечи­вать таким образом возможность его разработки и устройства вы­емок; предотвращать попадание грунтовой воды в котлованы, траншеи и выработки в период выполнения в них строительных работ . Эффективным технологи­ческим приемом решения таких задач является откачка грунтовой воды.

Рис 1.10. Схема закрытого дренажа для

осушения территории: 1 – местный грунт;

2 – средне или мелкозернистый песок; 3 -

крупнозернистый песок; 4 – гравий; 5 -

перфорированная труба; 6 – уплотненный слой

Выемки (котлованы и тран­шеи) при небольшом притоке грунтовых вод разрабатывают с применением открытого водоот­лива (рис.1.11), а если приток значителен и толщина водонасыщенного слоя, подлежащего разработке, большая, то до начала производства работ уровень грун­товых вод искусственно понижают с использованием различных способов закрытого, т. е. грунтового, во­доотлива, называемого строительным водопонижением.

Рис 1.11. Открытый водоотлив из котлована (а) и траншеи (б): 1 – дренажная кана­ва; 2 – приямок (зумпф); 3 – пониженный уровень грунтовых вод; 4 – дренажная пригрузка; 5 – насос; 6 – шпунтовое крепление; 7 – инвентарные распорки; 8 – вса­сывающий рукав с сеткой (фильтром); Н – высота всасывания (до 5-6 м)

Открытый водоотлив предусматривает откачку притекающей воды не­посредственно из котлованов или траншей. Приток воды к котловану рас­считывают по формулам установившегося движения грунтовых вод.

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. 1.11 а). Водосборные кана­вы устраивают шириной по дну 0,3-0,6 и глубиной 1-2 м с уклоном 0,01-0,02 в сторону приямков, которые в устойчивых грунтах крепят дере­вянным срубом без дна, а в оплывающих – шпунтовой стенкой.

Открытый водоотлив, являясь простым и доступным способом борьбы с грунтовыми водами, имеет серьезный технологический недостаток. Вос­ходящие потоки грунтовой воды, протекающей через дно и стенки котлова­нов и траншей, разжижают грунт и выносят из него на поверхность мелкие частицы. Явление такого вымывания и выноса мелких частиц называют суффозией грунта. В результате суффозии несущая способность грунта в основаниях может снизиться. Поэтому на практике во многих случаях чаще применяют грунтовый водоотлив, исключающий просачивание / воды через откосы и дно котлованов и траншей.

Грунтовый водоотлив обеспечивает снижение УГВ ниже дна будущей выемки. Необходимый уровень грунтовых вод достигается их непрерывной откачкой водопонизительными установками из системы трубчатых колод­цев и скважин, расположенных вокруг котлована или вдоль траншеи. Для искусственного понижения уровня грунтовых вод разработан ряд эффективных способов, основными из которых являются иглофильтровый, вакуумный и электроосмотический.

Иглофильтровый способ искусственного понижения грунтовых вод реализуется с использованием иглофильтровых установок (рис. 1.12), со­стоящих из стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части, водо­сборного коллектора и самовсасывающего вихревого насоса с электродви­гателем. Стальные трубы погружают в обводненный грунт по периметру котлована или вдоль траншеи. Фильтрующее звено состоит из наружной перфорированной и внутренней глухой трубы.

Рис. 1.12. Схема иглофильтрового способа понижения уровня грунтовых вод: а -для котлована при одноярусном расположении иглофильтров; б – то же при двухъя­русном их расположении; 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 - фильтрующее звено; 5 – фильтрационная сетка; 6 – внутренняя труба; 7 – наружная труба; 8 - кольцевой клапан; 9 – гнездо кольцевого клапана; 10 – шаровой клапан; 11 – ограничитель

Наружная труба внизу имеет наконечник с шаровым и кольцевым кла­панами. 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 он понижается и в окружающих грунтовых слоях, образуя новую границу УГВ. 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.

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.

Вакуумный способ водопонижения реализуют применением вакуумных водопонизительных установок. Эти установки используют для понижения уровня грунтовых вод в мелкозернистых грунтах (мелкозернистые и пылеватые пески, супеси, илистые и лессовые грунты 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 (рис. 1.13).

Рис 1.13. Схема вакуумной установки: а – вакуумная установка; б – схема действия эжекторного иглофильтра; 1 – центробежный насос низкого давления; 2 – циркуля­ционный 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 труб 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, откуда ее избыток откачивается низконапорным насосом или сливается самотеком.

Явление электроосмоса используют для расширения области примене­ния иглофильтровых установок в грушах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут. 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. 1.14). Иглофильтры подключают к отрицательно­му (катод), а трубы или стержни – к положительному полюсу источника постоянного тока (анод).

Рис. 1.14. Схема водопонижения с ис­пользованием электроосмоса: 1 – игло­фильтр (катод); 2 – труба (анод); 3 – кол­лектор; 4 – токопровод; 5 – генератор постоянного тока; 6 – насос

Электроды размещают друг относительно друга в шахматном порядке. Шаг, или расстояние меж­ду анодами и катодами в одном ряду, одинаков – 0,75-1,5 м. 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 необходима сила тока 0,5-1 А, на­пряжение 30-60 В. Под действием электрического тока вода, содер­жащаяся в порах грунта, освобож­дается и перемещается в сторону иглофильтров. За счет ее движения коэффициент фильтрации грунта увеличивается в 5-25 раз.

Подбор средств водоотлива и понижения уровня грунтовых вод осуществляется с учетом вида грунтов, интенсивности притока грунтовых вод и т. д. При возведении подземной части здания в водонасыщенных, скальных, обломочных и галечных грун­тах применяют открытый водоотлив. Этот способ наиболее простой и эко­номичный, однако он применим в грунтах с малым притоком грунтовых вод (Q< от 10 до 12 м3 /ч). Откачку вод производят насосом из приямков размером 1×1 м. При этом насосная установка открытого водоотлива долж­на быть оборудована резервными насосами.

Отвод поверхностных и понижение уровня грунтовых вод выполняют для защиты строительных площадок и котлованов будущих сооружений от затопления их ливневыми и талыми водами.

Работы по отводу поверхностных и грунтовых вод включают: устройство нагорных и водоотводных канав, обвалование; устройство дренажа; планировку поверхности складских и монтажных площадок.

Канавы или лотки устраивают вдоль границ строительной площадки с нагорной стороны с продольным уклоном не менее 0,002, а их размеры и виды креплений принимают в зависимости от расхода ливневых или талых вод и предельных значений неразмывающих скоростей их течения.

Канаву устраивают на расстоянии не менее 5 м от постоянной выемки и 3 м – от временной. Стенки и дно канавы защищают дерном, камнями, фашинами. Воду из всех водоотводящих устройств, резервов и кавальеров отводят в пониженные места, удаленные от возводимых и существующих сооружений.

При сильном обводнении площадки грунтовыми водами с высоким уровнем горизонта используют дренажные системы открытого и закрытого типов.

Открытый дренаж применяют в грунтах с малым коэффициентом фильтрации при необходимости понижения уровня грунтовых вод (УГВ) на глубину 0,3–0,4 м. Дренаж устраивают в виде канав глубиной 0,5–0,7 м, на дно которых укладывают слой крупнозернистого песка, гравия или щебня толщиной 10–15 см.

Закрытый дренаж – это обычно траншеи глубокого заложения с устройством колодцев для ревизии системы и с уклоном в сторону сброса воды, заполняемые дренируемым материалом. Иногда на дно такой траншеи укладывают перфорированные в боковых поверхностях трубы. Поверху дренажную канаву закрывают местным грунтом.

Устройство дренажа необходимо выполнять до начала возведения зданий и сооружений.

Организация водоотлива и искусственного понижения

Уровня грунтовых вод

Выемки (котлованы и траншеи) при небольшом притоке грунтовых вод разрабатывают с применением открытого водоотлива.

При значительном притоке грунтовых вод и большой толщине водонасыщенного слоя до начала производства работ УГВ искусственно понижают.

Работы по водопонижению зависят от принятого метода механизированной разработки котлованов и траншей. Соответственно устанавливают очередность работ как по монтажу водоотливных и водопонизительных установок, их эксплуатации, так и по разработке котлованов и траншей. При размещении котлована на берегу в пределах поймы реки разработку его начинают после монтажа водопонизительного оборудования, чтобы понижение УГВ опережало заглубление котлована на 1–1,5 м. Если котлован расположен непосредственно в русле реки, то до работ по водопонижению его ограждают со стороны воды специальными дамбами (перемычками). Работы по осушению при этом складываются из удаления воды из отгороженного котлована и последующей откачки воды, фильтрующей в котлован.

В процессе осушения котлована важно правильно выбрать скорость откачки воды, так как очень быстрое осушение может вызывать повреждение перемычек, откосов и дна котлована. В первые дни откачки интенсивность понижения уровня воды в котлованах из крупнозернистых и скальных грунтов не должна превышать 0,5–0,7 м/сут, из среднезернистых – 0,3–0,4 м/сут и в котлованах из мелкозернистых грунтов 0,15–0,2 м/сут. В дальнейшем откачку воды можно увеличить до 1–1,5 м/сут, но на последних 1,2–2 м глубины откачку воды следует замедлить.

В открытом водоотливе предусмотрена откачка притекающей воды непосредственно из котлована или траншей насосами. Он применим в устойчивых против фильтрационных деформаций грунтах (скальных, гравийных и т. п.). 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. Размеры приямков в плане принимают 1×1 или 1,5×1,5 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 так же крепят траншеи в неустойчивых грунтах. Число приямков зависит от расчетного притока воды к котловану и производительности насосного оборудования.

Приток воды к котловану (или дебит) рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод. По полученным данным уточняют тип и марку насосов, их количество.

Открытый водоотлив – эффективный и простой способ осушения. Однако возможно разрыхление или разжижение грунтов в основании и унос части грунта фильтрующейся водой.

Искусственное понижение УГВ предполагает устройство системы дренажей, трубчатых колодцев, скважин, использование иглофильтров, расположенных в непосредственной близости от будущего котлована или траншеи. При этом УГВ резко понижается, ранее насыщенный водой грунт и теперь обезвоженный разрабатывается как грунт естественной влажности.

Существуют следующие способы искусственного водопонижения: иглофильтровый, вакуумный и электроосмотический.

Способы искусственного водопонижения исключают просачивание воды через откосы и дно котлована, поэтому откосы выемок сохраняются в целостности, отсутствует вынос частиц грунта из-под фундаментов ближайших зданий.

Выбор способа водопонижения и типа применяемого оборудования зависит от глубины разработки котлована (траншеи), инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки, сроков строительства, конструкции сооружения и ТЭП.

Искусственное водопонижение осуществляют, когда осушаемые породы имеют достаточную водопроницаемость, характеризующуюся коэффициентами фильтрации более 1–2 м/сут, применять его в грунтах с меньшим коэффициентом фильтрации нельзя из-за малых скоростей движения грунтовых вод. В этих случаях используют вакуумирование или способ электроосушения (электроосмос).

Иглофильтровый способ предусматривает использование для откачки воды из грунта часто расположенных скважин с трубчатыми водоприемниками малого диаметра – иглофильтров , соединенных общим всасывающим коллектором с общей (для группы иглофильтров) насосной станцией. Для искусственного понижения УГВ на глубину 4–5 м в песчаных грунтах применяют легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) . Для осушения траншей шириной до 4,5 м используют однорядные иглофильтровые установки (рис. 2.1, а ), при более широких траншеях – двухрядные (рис. 2.1, б ).

Для осушения котлованов применяют замкнутые по контуру установки. При понижении УВ на глубину более 5 м применяют двух- и трехъярусные иглофильтровые установки (рис. 2.2).

В случае применения двухъярусных иглофильтровых установок вначале вводят в действие первый (верхний) ярус иглофильтров и под его защитой отрывают верхний уступ котлована, после 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.

Применение иглофильтров эффективно и для водопонижения в слабопроницаемых грунтах, при залегании под ними более водопроницаемого слоя. При этом иглофильтры заглубляют в нижний слой с обязательной их обсыпкой.

Рис. 2.1. Водопонижение легкими иглофильтровыми установками: а – одно-

рядные иглофильтровые установки; б – двухрядные иглофильтровые установки;

1 – траншея с креплением; 2 – шланг; 3 – вентиль; 4 – насосный агрегат;

5 – всасывающий коллектор; 6 – иглофильтры; 7 – пониженный УГВ;

8 – водоприемное фильтровое звено иглофильтра

Рис. 2.2. Схема ярусного водопонижения иглофиль-

трами: 1 , 2 – соответственно иглофильтры верхнего и

нижнего яруса; 3 – конечное понижение депрессионной

поверхности грунтовых вод

ЛИУ помимо иглофильтров включают также водосборный коллектор, объединяющий иглофильтры в одну водопонизительную систему, центробежные насосные агрегаты и отводящий трубопровод.

Для опускания иглофильтра в рабочее положение при сложных грунтах применяют пробуривание скважин, в которые опускают иглофильтры (при глубинах до 6–9 м).

В песках и супесчаных грунтах иглофильтры погружают гидравли-ческим способом, путем подмыва грунта под фрезерным наконечником водой с напором до 0,3 МПа. После погружения иглофильтра на рабочую глубину полое пространство вокруг трубы частично заполняется просевшим грунтом, частично засыпается крупнозернистым песком или гравием.

Расстояния между иглофильтрами принимают в зависимости от схемы их расположения, глубины водопонижения, типа насосного агрегата и гидрогеологических условий, но обычно эти расстояния равны 0,75; 1,5, а иногда и 3 м.

Вакуумный способ водопонижения основан на использовании эжекторных водопонизительных установок (ЭИУ), которые откачивают воду из скважин с помощью водоструйных насосов-эжекторов. Эти установки используют для понижения УГВ в мелкозернистых грунтах с коэффициентом фильтрации 0,02–1 м/сут. Глубина понижения УГВ одним ярусом составляет от 8 до 20 м.

ЭИУ состоят из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками, распределительного трубопровода (коллектора) и центробежных насосов. Эжекторные водоприемники, помещенные внутри иглофильтров, приводятся в действие струей рабочей воды, нагнетаемой в них насосом под давлением 0,6–1,0 МПа через коллектор.

Погружают эжекторные иглофильтры гидравлическим способом. Расстояние между иглофильтрами определяется расчетом, но в среднем оно равно 5–15 м. 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.

Электроосмотическое водопонижение, или электроосушение , основано на явлении электроосмоса. Его используют в слабопроницаемых грунтах, имеющих коэффициент фильтрации К ф менее 0,05 м/сут.

Вначале по периметру котлована (рис. 2.3) на расстоянии 1,5 м от его бровки и с шагом 0,75–1,5 м погружают иглофильтры-катоды, с внутренней стороны контура этих иглофильтров на расстоянии 0,8 м от них с таким же шагом, но в шахматном порядке, погружают стальные трубы (стержни-аноды), соединенные с положительным полюсом, иглофильтры и трубы погружают на 3 м ниже необходимого уровня водопонижения. При пропускании постоянного тока вода, заключенная в порах грунта, передвигается от анода к катоду, при этом коэффициент фильтрации грунта возрастает в 5–25 раз. Котлованы начинают разрабатывать обычно через трое суток после включения системы электроосушения, а в дальнейшем работы в котловане можно вести при включенной системе.

Открытые (соединяющиеся с атмосферой) водопонизительные скважины применяют при большой глубине понижения УГВ, а также

когда использование иглофильтров затруднительно из-за больших притоков, необходимости осушения больших площадей и стесненности территории. Для откачки воды из скважин применяют артезианские турбинные насосы типа АТН, а также глубинные насосы погружного типа.

Рис. 2.3. Схема электроосушения грунтов:

1 – трубы-аноды; 2 – иглофильтры-катоды;

3 – насосный агрегат; 4 – пониженный УГВ

Применение методов понижения УГВ зависит от мощности водоносного слоя, коэффициента фильтрации грунта, параметров земляного сооружения и строительной площадки, способа производства работ.