Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод

Водоотлив и понижение уровня грунтовых  вод

При устройстве выемок, расположенных  ниже уровня грунтовых вод, необходимо осушать водонасыщенный грунт и обеспечивать его разработку в нормальных условиях. Кроме этого необходимо предот-вращать попадание грунтовой воды в котлованы, траншеи и выработки в период производства в них работ.

Эффективным технологическим приемом  решения таких задач яв¬ляется откачка грунтовой воды. Котлованы и траншеи при неболь¬шом притоке грунтовых вод разрабатывают с применением открыто¬го водоотлива, а если приток воды значителен и большая толщина водонасыщенного слоя, подлежащая разработке, то до начала произ¬водства работ уровень грунтовых вод искусственно понижают с ис¬пользованием различных способов закрытого водоотлива, называемо¬го водопонижением.

Открытый водоотлив применяют  для откачки протекающей воды непосредственно из котлованов или  траншей насосами. При от¬крытом водоотливе грунтовые воды просачиваются через откосы и дно котлована и направляются по прорытым водосборным канавам или лоткам к специально устроенным в пониженной части котлована приямкам, называемым зумпфами, откуда вода выкачивается диа-фрагмовыми или центробежными насосами соответствующей произ-водительности. Насосы подбирают в зависимости от дебита (притока) вод, а сам дебит рассчитывают по формулам установившегося движе¬ния грунтовых вод.

Водосборные канавы устраивают шириной  по дну 0,3...0,6 м и глу-биной 1...2 м с уклоном 0,01...0,02 м в сторону приямков. Сами приям-

клапан, поступает под давлением  к низу наконечника, размывает окру-жающий грунт, в том числе и по периметру трубы. Под действием собственной массы иглофильтр погружается в грунт, кольцевой клапан в процессе погружения трубы закрывает пространство между наруж¬ной и внутренней трубами. После погружения иглофильтра на рабо¬чую глубину полое пространство вокруг трубы частично заполняется просевшим грунтом, частично засыпается крупнозернистым песком или гравием.

При включении всей системы на режим  откачки воды (рис. 5.4, в), шаровые  клапаны иглофильтров вследствие ползучести и под влияни¬ем вакуума поднимаются вверх и закрывают отверстие, одновремен¬но кольцевой клапан опускается, открывая путь грунтовой воде через ячейки сеток в пространство между трубами и далее во внутреннюю трубу.

Иглофильтры позволяют при одноярусном  расположении понизить уровень грунтовых  вод на 4...5 м, при двухъярусном - на 7...9 м. Игло¬фильтры располагают на расстоянии 0,5 м от бровки котлована или траншеи. Узкие траншеи глубиной до 4,5 м и шириной до 4 м осуша¬ют одним рядом иглофильтров, при большей ширине и глубине - дву¬мя рядами

Расстояние в ряду между иглофильтрами  назначают в зависимости от свойств грунта и глубины понижения уровня грунтовых вод. Для среднезернистых грунтов при коэффициенте фильтрации 2...60 м/сут расстояние принимают в пределах 1—.1,5 м, в сильно фильтрующих крупнопесчаных и песчаногравелистых грунтах расстояние сокращают до 0,75 м.

Иглофильтровая установка состоит из ряда иглофильтров, погру¬жаемых в грунт по периметру будущего котлована, по одной или двум сторонам траншеи. На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке. При работе насосов в режиме откачки воды благодаря дренирующим свойствам грунта уровень воды в иглофильтре и окружающих грунтовых слоях понижа¬ется, что приводит к образованию нового УГВ, который называется депрессионной кривой.

Вакуумный способ водопонижения основан  на использовании эжекторных водопонизительных установок. Эти установки используют для понижения уровня грунтовых вод в мелкозернистых грунтах (мел-козернистые и пылеватые пески, супеси, илистые и лессовые грунты с коэффициентом фильтрации 0,02... 1 м/сут), в которых применять лег¬кие иглофильтровые установки нецелесообразно. При работе вакуум¬ных водопонизительных установок вакуум возникает в зоне эжектор-ного иглофильтра (рис. 5.4, г).

Эжекторная установка применима для понижения уровня грун¬товых вод одним ярусом до глубины 15...20 м; оптимальные усло¬вия для работы эжектора - 8... 18 м. Фильтровое звено эжектора ре¬шено по принципу легкого иглофильтра, а надфильтровое звено со¬стоит из наружной и внутренних труб с эжекторной насадкой. По¬гружение в грунт колонки надфильтровых труб осуществляется, как и у иглофильтра, гидравлическим способом, грунт размывается, тру¬ба опускается под действием силы тяжести. Когда колонка опусти¬лась до необходимого уровня во внутрь ее опускают внутреннюю трубу с эжектором.

В рабочий период к насадке эжектора подается рабочая вода с по-верхности под давлением 0,75—0,8 МПа в кольцевое пространство ме¬жду внутренними и наружными трубами. Выходя из эжекторной на¬садки, струя этой воды создает разряжение в окружающем кольцевом пространстве и подсасывает воду из основной рабочей трубы. В результате резкого изменения скорости движения рабочей воды в насадке создается разрежение и тем самым обеспечивается подсос грунтовой воды. Грунтовая вода, смешиваясь с рабочей, поступает по "трубе наверх под действием всасывающего насоса в циркуляционный

Подготовка строительной площадки

Для создания благоприятных условий  начала строительных работ предварительно выполняют подготовительные работы.

В состав работ по подготовке строительной площадки под новое строительство  входят: ограждение участка; расчистка  территории и снос существующих строений; перетрассировка мешающих инженерных сетей; защита территории от стока поверхностных вод; прокладка временных коммуникаций и дорог; устройство временных бытовых, складских, культурно-административных и других помещений.

После расчистки территории выполняют  работы по созданию опорной геодезической  сети, устанавливают обноску и  производят геодезическую разбивку зданий и сооружений.

Состав подготовительных работ  при реконструкции действующего предприятия в значительной степени  зависит от местных условий. Строители  стараются максимально использовать имеющиеся инженерные сети, бытовые  и административные службы часто  размещают во временно освобождающихся  помещениях, возводят по плану капитального строительства реконструируемого  предприятия здания, которые временно используют для нужд строительства и т.д.

Надземные и подземные инженерные коммуникации, линии связи и электропередачи  и другие сооружения, затрудняющие производство работ, демонтируют или  переносят на места, определяемые проектом, под наблюдением специалистов соответствующих  организаций.

В подготовительный период, иногда достигающий 40 % продолжительности всего строительства, бывает необходимо создать индустриальную базу производства по изготовлению строительных изделий и деталей, растворных и  бетонных смесей; связать строительную площадку с основными дорогами, энергетическими  и инженерными сетями и т.п.

От тщательности выполнения заданий  подготовительного периода в  большой степени зависит успех  проведения всех основных строительно-монтажных  работ по возведению или реконструкции  зданий и сооружений, инженерных сетей  и пусковых комплексов. Объем работ  подготовительного периода определяется в ПОС и уточняется в ППР.

Осушение площадки и рабочих  мест. Понижение уровня грунтовых  вод или отвод поверхностных  вод (верховодки) обычно осуществляют устройством водопонижения или  водоотвода. Чаще для этого используют водоотводные канавы или обваловывание с нагорной части площадки (рис.3, а).

При значительном притоке грунтовых  вод устраивают открытые или закрытые дренажи. Открытые дренажи представляют собой канавы, на дно которых укладываются слои фильтрующего материала: крупнозернистого песка, щебня или гравия. Закрытые дренажи (рис.3, б, в) - это траншеи, разрабатываемые  ниже уровня сезонного промерзания  грунта и засыпаемые послойно фильтрующими материалами. По дну дренажа можно  укладывать трубу с отверстиями  в боковых стенках (перфорированную) для отвода воды.

Для защиты от притока воды могут  использоваться ледяные стенки из замороженного  грунта или противофильтрационные  экраны.

Искусственное замораживание (рис.4, а) осуществляют с помощью охлажденного до отрицательной температуры раствора солей с низкой точкой замерзания (хлористый кальций и др.). Для этого в пробуренные скважины опускают замораживающие колонки, состоящие из двух труб: внутренней и наружной с закрытым торцом. Между этими трубами пропускают солевой раствор (хладагент), охлажденный ниже требуемой температуры грунта. Грунт возле стенок наружной трубы замерзает и, постепенно увеличиваясь в диаметре, образует ледяную завесу.

Тиксотропный противофильтрационный экран может быть устроен после забивки шпунта из металлических или деревянных пластин. Затем отдельные шпунтины-инъекторы постепенно извлекают, а на их место нагнетают раствор бентонитовой глины, обладающий водоотталкивающими свойствами

Суспензия бентонитовой глины может нагнетаться в щели, прорезаемые специальными машинами - барами (рис.4, в) или подаваться через скважины под большим давлением с помощью водовоздушной струи (рис.4, г). Суспензия размывает щель в фунте и заполняет ее.

Грунтобетонный экран (рис.4, д) устраивается так. В грунт погружают буровые штанги с режущими и перемешивающими лопастями, через них нагнетается водоцементная суспензия. При обратном подъеме штанг с вращением лопасти раскрываются, грунт перемешивается с суспензией и в дальнейшем затвердевает, образуя противофильтрационную завесу.

При разработке выемок в грунтах  может применяться открытый водоотлив  или искусственное понижение  уровня грунтовых вод.

Осушение выемки открытым водоотливом  применяется при небольшом притоке  воды и заключается в том, что  подошве выемки придается небольшой  уклон (рис.5) к зумпфу, размер которого в плане соответствует 1x1 м. Воду из приямков откачивают насосами: поршневыми при небольшом притоке воды; центробежными  для чистой воды; диафрагмовыми для  загрязненной воды.

Откаченная из зумпф-колодца вода отводится по трубам или лоткам. При большом притоке воды стенки котлованов во избежание обрушения крепят.

Несмотря на простоту и экономичность  открытого водоотлива, производство работ при этом способе может  быть осложнено постоянным присутствием воды и возможным нарушением структуры  грунта стенок и основания. Поэтому  часто приходится использовать искусственное  понижение уровня грунтовых вод  с помощью иглофильтров (рис.6, а, б), погружаемых в грунт по периметру  котлована.

В легких иглофильтровых установках (ЛИУ) вода откачивается через одну трубу обычными методами, в эжекторных иглофильтровых установках (ЭИУ) каждый иглофильтр состоит из двух труб, вода, наоборот, закачивается и, проходя по специальному приспособлению - эжектору, создает разряжение воздуха (рис.6, в, д).

Эжекторными иглофильтрами уровень фунтовых вод (депрессионная кривая) может быть понижен до 17... 18 м, легкими - до 4...5 м. Поэтому легкие иглофильтры иногда ставят в два и три яруса.

В грунтах с низким коэффициентом  фильтрации можно использовать явление  электроосмоса, для чего необходимо на расстоянии 0,5... 1 м от иглофильтров забить металлические стержни или трубы и подключить их к положительному полюсу источника постоянного тока (аноду); а иглофильтры - к отрицательному (катоду). От анода к катоду начинает идти направленный ток, под воздействием которого в грунте в этом же направлении перемещается вода (направление перемещения воды на рис.6, г обозначено стрелками).

 При необходимости понижения  грунтовых вод на 20 ми более  могут применяться трубчатые  колодцы с артезианскими насосами.

Расчистка территории и снос строений. В соответствии с проектом подготовительных работ часть зеленых насаждений на строительной площадке защищают от повреждений и пересаживают на новые  места. Деревья и кустарники, не подлежащие вырубке и пересадке, огораживают, а остальные спиливают механическими  или электрическими пилами, толстые  корни пней подрезают рыхлителями  или бульдозерами, после чего пни  корчуют с помощью тракторных лебедок, иногда с помощью полиспастов (рис.7).

Деревья диаметром до 25 см валят  бульдозерами, кустарник срезают  тракторами-кусторезами. Для раздробления крупных камней и расщепления  больших пней иногда используют подрывные  методы.

Плодородный слой почвы, подлежащий снятию, перемещают бульдозерами в специально выделенные места (бурты), а затем  используют в местах озеленения или  отвозят в другие места для  рекультивации земли. Комплекс работ  по снятию, транспортированию и нанесению  плодородного слоя почвы на малопродуктивные угодья с целью их улучшения носит  у строителей название "землевание".

Мощность снимаемых плодородных  и потенциально плодородных слоев  устанавливается на основе оценки плодородия отдельных горизонтов почв. Обычно, если толщина плодородного слоя превышает 10 см, производится его снятие.

При вертикальной планировке участков, используемых в дальнейшем под скверы, парки или для зеленых насаждений, почвенный покров сохраняют, а отвод  ливневых вод осуществляют благодаря  устройству временных стоков.

Деревянные строения при сносе  разбирают на элементы с целью  дальнейшего использования пригодной  древесины. При разборке каждый отделяемый элемент должен быть предварительно раскреплен и занимать устойчивое положение.

Металлические конструкции при  разборке раскрепляют, а затем разрезают  кислородными резаками. Железобетонные строения разбирают в соответствии со схемой сноса, обеспечивающей устойчивость строения в целом. В конструкциях предварительно оголяют арматуру, раскрепляют  полученные отдельные блоки, режут  арматуру и обламывают блоки. Наибольшая масса такого блока в соответствии с требованиями техники безопасности не должна превышать половины грузоподъемности крана при наибольшем вылете крюка.

Последовательность сноса строений принимается обратной последовательности монтажа. Сборные железобетонные конструкции, не поддающиеся поэлементному разделению, разрушают как монолитные. При  разработке желательно использовать экскаваторы  с различным специальным эффективным  навесным оборудованием (рис.8). Например, оборудование "ножницы" на базе экскаватора  КАТО НД 1500 GYS обладает усилием резания 2649 кН.