Понижение уровня грунтовых вод с использованием вакуумных и электронных иглофильтров.

При устройстве подземной части здания (сооружения) в водонасыщенных грунтах возможность производства работ в осушенной выемке обеспечивается устройством систем открытого водоотлива или глубинного понижения уровня грунтовых вод.

При открытом водоотливе вода, профильтровавшаяся через дно и откосы земляной выемки, откачивается насосами из специальных приямков. Открытый водоотлив возможен при устройстве выемок в любых грунтах, но откачка воды из сооружений на дне выемки может сопровождаться оплыванием откосов и разрыхлением грунта в основании возводимого сооружения. Учитывая эти возможные последствия, открытый водоотлив применяют из выемок в следующих грунтах:

- гравийных, галечниковых, полускальных, трещиноватых скальных. Выход фильтрующей воды на поверхность, даже в значительных количествах, не вызывает деформации откосов и разрыхления грунта на дне выемки;

- малоустойчивых глинистых грунтах (коэффициент фильтрации до 1, 0…2, 0 м/сут.) при разработке сравнительно небольших и неглубоких выемок. В крупных котлованах при открытом водоотливе устраиваются дренажные пригрузки, ограждения, удлиняющие путь фильтрации воды, сети водосборных траншей.

Например, в котловане (рис. 16) по периметру разрабатываются траншеи с уклоном дна в сторону приямка (приямков). Размеры котлована принимаются с учетом сечения траншей.

Рис. 16. Схема открытого водоотлива из котлована:

1 – водосборная траншея; 2 – приямок; 3 – насос

Профильтровавшаяся через откосы и дно котлована вода стекает по водосборным траншеям и откачивается из приямков (зумпфов) насосами. Насосы размещаются с учетом предельной высоты всасывания (6, 0…7, 0 м).

В осушенном состоянии земляная выемка в любых мягких грунтах с коэффициентом фильтрации от 0, 05 до 50 м/сут. поддерживается системой глубинного понижения уровня грунтовых вод. Принципиальная схема системы понижения уровня грунтовых вод приведена на рис. 17. Понижение уровня грунтовых вод на локальном участке конкретной земляной выемки производится путем непрерывной откачки воды из искусственной выемки по периметру с уровня ниже дна котлована. В идеале – это узкая сплошная траншея. В реальных установках водопонижения вода откачивается из скважин, расположенных на расчетном расстоянии друг от друга и заглубленных ниже дна выемки.

Рис. 17. Принципиальная схема понижения уровня грунтовых вод

Наиболее распространены иглофильтровые установки с вакуумными иглофильтрами (рис. 18). По периметру котлована на расстоянии 0, 75…3, 0 м друг от друга в грунт погружаются вакуумные иглофильтры – стальные трубы с фильтровым звеном. В нижней части фильтрового звена имеются шаровой и кольцевой клапаны. При гидравлическом погружении иглофильтра подаваемая насосом под давлением 0, 4…0, 6 МПа вода отжимает вниз (открывает) шаровой клапан, выходит через открытый нижний конец трубы-иглофильтра и размывает грунт. Поднятый кольцевой клапан препятствует выходу воды через боковые отверстия фильтрового звена. Происходит погружение иглофильтра под действием силы тяжести.

Верхняя часть труб-иглофильтров соединяется гибкими вставками с коллектором, который присоединен к насосной установке. В составе насосной установки кроме обычного центробежного водяного насоса имеется вакуумный насос, что позволяет засасывать воду с глубины до 8 м. При работе насосной установки в коллекторе и иглофильтрах создается разряжение. Шаровые клапаны в иглофильтрах закрываются, а кольцевые опускаются вниз – открываются, и вода из грунта поступает в иглофильтры. Происходит откачка воды из иглофильтров и окружающего массива грунта. Уровень грунтовых вод на линии размещения иглофильтров понижается. При постоянной откачке воды насосной установкой на участке внутри и снаружи контура иглофильтров устанавливается динамический уровень (линия поверхности грунтовой воды в поперечном сечении носит название кривой депрессии).

Рис. 18. Понижение уровня грунтовых вод вакуумной иглофильтровой установкой:

а – план котлована с водопонизительной установкой; 1 – иглофильтр; 2 – всасывающий коллектор; 3 – насосная установка; б – поперечныйразрез котлована; в –фильтровое звено вакуумного иглофильтра

Одноярусные вакуумные иглофильтровые установки понижают уровень грунтовых вод на глубину до 4, 5…5, 5 м от поверхности земли.

Для понижения уровня грунтовых вод на глубину более 5 м вакуумные иглофильтровые установки устанавливаются в два яруса, а также применяются эжекторные иглофильтровые установки, или откачка воды ведется из скважин глубинными насосами.

Подъем воды с уровня, установившегося в вакуумном иглофильтре, происходит под действием атмосферного давления. Перепад давлений между атмосферным и сниженным насосной установкой теоретически составляет (максимально при создании насосной установкой полного вакуума) – 0, 1 МПа (1 кгс/см²), что соответствует 10 м водяного столба. Реальное ограничение подъема воды насосным агрегатом вакуумной иглофильтровой установки – 8 м.

В эжекторной иглофильтровой установке разрежение создается эжекторными насадками, присоединенными к фильтру водоподъемных колонн труб, ниже уровня грунтовой воды. Так называемая «рабочая» вода прокачивается насосом через иглофильтр. При сужении потока воды в эжекторе повышается скорость и снижается давление. Этот участок эжекторного иглофильтра (камера смешения) соединен с фильтровым звеном. Грунтовая вода всасывается в поток «рабочей» и удаляется через колонну труб и водосборный коллектор. Эжекторными иглофильтровыми установками уровень грунтовых вод может быть понижен до 20 м от поверхности земли.

На рис. 19 приведена принципиальная схема понижения уровня грунтовых вод открытыми скважинами с глубинными насосами. Следует иметь в виду, что современная установка откачки воды из скважины с глубинным насосом – сложное инженерное сооружение с датчиками уровня воды в скважине и системой автоматического регулирования работы насоса. Глубина скважины, с которой может откачиваться вода, ограничивается создаваемым насосом напором. Понижение уровня грунтовых вод системой скважин с глубинными насосами может достигать 40 и более метров.