Источник: 15-я международная научная конференция молодых ученых. 2009 г.
Водопонижение — крайне необходимая мера в процессе капитального строительства зданий и сооружений, дорог и других объектов, если уровень грунтовых вод или водоносно го слоя превышает нужную отметку. Используеться самое современное оборудование и технологии для достижения ре зультата. В зависимости от задач и условий, для снижения уровня грунтовых вод может применяться вакуумное водопонижение, водопонижение с помощью ЛИУ (легкая игло фильтровая установка), и глубинное скважинное водопонижение с использованием разных конструкций скважин, что позволяет осуществлять скважинное водопонижение в любых геологических условиях. При этом должны быть выполнены инженерно-геологические изыскания и проект водопо нижения.
Вакуумное водопонижение следует предусматривать для снижения уровня подземных вод в горных породах с коэффициентами фильтрации 0,1—2 м/сут и для полного перехвата притока подземных вод к горным выработкам (понижения до водоупора). Вакуумное водопонижение следует проектировать с применением вакуумных сква жин с погружными насосами, эжекторных иглофильтров, вакуум-концентрических скважин и легких иглофильтровых установок вакуумного водопонижения, а также забуриваемых из подземных выработок водопонизительных скважин с подключением к ним агрегатов и кол лекторов установок вакуумного водопонижения или других вакуумных систем. При проектировании вакуумного водопонижения следует учитывать повышенную опасность выноса в скважины и иглофильтры мелких частиц из осушаемых горных пород и предусматривать во всех случаях песчано-гравийную обсыпку фильтров, удовлетворяющую требованиям обязательного приложения 2, с применением при необходимости корзинчатых и кожуховых фильтров. Фильтры скважин в открытых горных выработках для предотвращения чрезмерно большого поступления воздуха следует размещать на расстоянии от откосов не менее тол щины осушаемого слоя, При соответствующем обосновании это расстояние может бать по кращено.
Около верхних участков надфильтровых труб следует устраивать тампоны из уплот ненного слабопроницаемого грунта (суглинков, глин). При проектировании вакуумных систем для создания требуемого понижения уровня подземных вод в случае залегания водоупора, близкого к подошве горной выработки, и для полного перехвата притока подземных вод к совершенным по степени вскрытия водоносного слоя выработкам фильтры следует размещать непосредственно у кровли водоупора. При необходимости снижения напоров в водоносных слоях слоистой толщи или для полного их осушения в зоне, прилегающей к выработке, фильтры скважины следует разме щать в пределах всех слоев, подлежащих осушению. Системы из вакуумных скважин в однородном водоносном слое следует предусмат ривать при требуемом снижении уровня подземных вод до 20 м. При слоистом сложении осушаемой толщи (наличии в ней ряда водоносных слоев, разобщенных водоупорными слоями), а также в закрытых (ограниченных непроницаемыми контурами) слоях допускается применять вакуумные скважины глубиной до 100 м и более. Минимальный уровень воды в вакуумной скважине должен обеспечивать затопление насоса, достаточное для его работы без срыва откачки, в соответствии с требованиями заво да-изготовителя и с учетом вакуума над динамическим уровнем воды в скважине. Макси мальный уровень должен соответствовать проектному напору в скважине. Установки с эжекторными иглофильтрами допускается предусматривать в проекте для вакуумного водопонижения при понижении уровня подземных вод до 12м (при надле жащем обосновании — до 20 м), считая от уровня монтажа установки. Установки из вакуум-концентрических скважин с эжекторными водоподъемниками следует предусматривать для осушения слоистых толщ, представленных водоносными споя ми, разобщенными суглинистыми или глинистыми прослоями, в пределах глубин водопони жения до 20 м.
Легкие иглофильтровые установки вакуумного водопонижения следует предусматри вать для осушения безнапорных и напорных водоносных слоев при понижении уровня под земных вод до 6—7 м от уровня монтажа установки. При необходимости понижения уровня подземных вод на большую глубину допускается проектировать ярусные водопонизительные системы с использованием установок типа УВВ. Установки вакуумного водопонижения допускается предусматривать в качестве вспомогательного средства при вскрытии открытых выработок и для отбора воды и воздуха из скважин, забуриваемых из подземных горных выработок. При проектировании осушения песчано-глинистых пород с коэффициентом фильтра ции до 2 м/сут длину иглофильтров установок типа УВВ следует предусматривать не более 7,5 м, в породах с коэффициентом фильтрации свыше 2 м/сут —8,5-9 м. Расчет вакуумного водопонижения необходимо производить с учетом неустановив шейся фильтрации воды при постоянном напоре. Приток воздуха к скважине (иглофильтрам) допускается определять по формулам ус тановившейся его фильтрации.
Установки с вакуумным водопонижением (УВВ) целесообразно применять при коэф фициенте фильтрации от 1 до 0,01 м/сут. Сущность вакуумного водопонижения заключается в том, что в отличие от водопонижения легкой иглофильтровой установкой, где центробеж ный насос создает в грунте положительное избыточное давление, в фильтровом звене ваку умного иглофильтра и в окружающем грунте создается и непрерывно поддерживается ваку ум, способствующий более интенсивному снижению зеркала грунтовых вод. Водовоздушная смесь поступает в иглофильтр и откачивается вакуум-насосом. Ввиду того что воздуха в грунте недостаточно, для нормальной работы насоса через трубку, прохо дящую внутри иглофильтра, к наконечнику дополнительно подается атмосферный воздух. В глинистых водонасыщенных грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут, где обычная иглофильтровая установка малоэффективна, применяют способ, основанный на явлении электроосмоса, т. е. перемещения воды в грунте под влиянием пропускаемого через него постоянного тока. Дополнительно к иглофильтровой установке со стороны котлована параллельно ряду иглофильтров погружают трубы диаметром 38 мм или стержни из арма турной стали, которые подключаются в цепь к положительному полюсу мотор-генератора с напряжением 30...60 В. Иглофильтры подсоединяются к его отрицательному полюсу. Под действием электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, перемещается в сторону иглофильтров. В результате увеличивается водоотдача глинистого грунта, поскольку извле кается не только гравитационная, но и капиллярная вода. Установка строительного вакуумного водопонижения УВВ-3А-6КМ (ТУ 34-23 10925-85) предназначена для осушения грунтов с коэффициентом фильтрации 0,1-2 м/сут (мелкозернистых, пылеватых и глинистых песков, супесей, илов, лессов) и в отдельных слу чаях грунтов с коэффициентами фильтрации 2-15 м/сут (чистых мелкозернистых, иногда среднезернистых песков) при помощи иглофильтров. Водопонижение при помощи установки может быть использовано при подаче выкачанной воды на излив, при подаче откачанной воды на высоту до 20 м без помощи дополнительных насосов (в случае монтажа насосного агрегата установки на дне котлованов, траншей, в шахтах и тоннелях). Определяющей осо бенностью установки строительного водопонижения является ее способность откачивать из всасывающего коллектора и иглофильтров воздух, попадающий туда в случае значительного снижения уровня грунтовых вод.
Голландия - провинция Нидерландов, переводится как "страна близ бурного моря". Действительно, Нидерланды - в переводе "нижняя земля" - по высоте над уровнем моря рас положена ниже всех стран Европы. Тысячелетнее существование этой страны возможно лишь благодаря изобретательности жителей, проявленных в борьбе с морем за сохранение земли. Именно Голландская фабрика BBA Pumps является производителем лучших насосов для чистой и загрязненной воды для таких областей применения, как строительное водопо нижение, орошение, мелиорация, пожаротушение, канализация, перекачка воды. Насосы BBA для систем строительного водопонижения иглофильтрами являются са мыми экономичными в мире благодаря оригинальной конструкции основного агрегата поршневого насоса. Насосы водопонижения от BBA имеют только один поршневой насос с приводным мотором. Это означает, что нагрузка приводного мотора значительно меньше, а значит рас ход топлива агрегата BBA значительно меньше, чем у агрегата конкуренции. Действительно, установка водопонижения BBA с дизельным приводом может работать 10 суток на баке ем костью 150 литров. Для сравнения агрегаты других производителей работаю около 3 суток на баке емкостью 240 литров. Основа высокого КПД насосов водопонижения от BBA - устройство поршневого насоса. Поршневой насос BBA заключает внутри одного агрегата то, что другие производите ли размещают в 3-х разных блоках, занимая место и увеличивая массу и расход топлива. Коэффициент фильтрации распространяется на песчаные, пылеватые, глинисте грун ты. Коэффициент не определяется для песчаных, пылеватых и глинистых грунтов в мерз лом состоянии и не устанавливает коэффициент фильтрации при химической суффозии грунтов. Коэффициентом фильтрации называют скорость фильтрации воды при градиенте напора, равном единице, и линейном законе фильтрации. Коэффициент фильтрации определяют на образцах ненарушенного (природного) сло жения или нарушенного сложения заданной плотности. Отбор, упаковка, транспортирование образцов грунта ненарушенного сложения должны производиться по ГОСТ 12071. Для определения коэффициента фильтрации песчаных грунтов нарушенного сложе ния следует применять образцы, высушенные до воздушно-сухого состояния Коэффициент фильтрации песчаных грунтов, применяемых в дорожном и аэродром ном строительстве, определяют по указаниям приложения 5 на образцах нарушенного сло жения при максимальной плотности и оптимальной влажности. Максимальный размер частиц песчаных грунтов не должен превышать 1/5 внутренне го диаметра прибора для определения коэффициента фильтрации. Коэффициент фильтрации песчаных грунтов определяют при постоянном заданном градиенте напора с пропуском воды сверху вниз или снизу вверх, при предварительном на сыщении образца грунта водой снизу вверх. Образцы грунта взвешивают на лабораторных весах с погрешностью ±0,01 г. Результаты определения коэффициента фильтрации должны сопровождаться данны ми о гранулометрическом составе по ГОСТ 12536, влажности, плотности частиц, плотности сухого грунта, границе текучести и раскатывания по ГОСТ 5180, степени влажности и коэф фициенте пористости. Количество частных определений коэффициента фильтрации для каждого инженерно геологического элемента (слоя грунта) должно составлять не менее шести.