Водозаборные сооружения. Трубчатые колодцы

Водозабо́ рные сооруже́ ния -отстойные (также известны как водозаборный узел — ВЗУ, или каптаж) — сооружения для забора воды из источника, состоящие из ряда основных инженерных объектов:

Схема водозаборного узла с сайта soyuzproekt.ru обустройство водозаборного узла, подача воды из артезианской скважины

• водозаборного устройства со станцией первого подъема (обычно это погружные насосы);
• узел учета воды из водосчетчиков — расходомеров;
• водоподготовки для доведения качества воды до норм питьевой воды;
• резервуара чистой воды (РЧВ);
• резервуара пожарного запаса (пожарный резервуар);
• насосной станции второго подъема для поддержания давления и подачи воды потребителю в требуемом объёме;
• водонапорной башни (альтернатива насосной станции второго подъема);
• станция пожаротушения (пожарные насосы);
• дренажная система выполняет отвод вод при аварийном переполнении резервуаров, подтоплении водозаборных сооружений.
• контрольно-измерительные приборы и автоматика (сокр. КИПиА или КИПиС) следят за работоспособностью оборудования, регулируют расходы воды, ведут журналы изменений характеристик: уровней, расхода воды, аварийных ситуация и т. п., выполняет автоматическое обслуживание оборудования, например, автоматическая промывка станции водоподготовки. Полный перечень выполняемых автоматически действий зависит от конкретных требований технического задания Заказчика к объекту водозаборного узла;

Большие (перекачивающие свыше 10 000 куб.м/сут) водозаборные сооружения могут иметь собственную инфраструктуру: электрическую подстанцию, газораспределительную подстанцию (ГРП), котельную, диспетчерский пункт с возможностью нести вахту, лабораторию для контроля качества воды и прочее.

Место для размещения водозаборного сооружения, так называемый землеотвод, должно быть согласовано с государственным органом санитарно-эпидемиологического надзора и удовлетворять санитарно-эпидемиологическим (СанПиН) и строительным нормам (СНиПам) и пр.

Трубчатые колодцы бурят механическим ударно-канатным или роторным способом. Ударно-канатным способом бурят скважины на глубину до 100 м, скважины глубиной более 100 м бурят роторным способом. При бурении скважины стенки закрепляют стальными обсадными трубами внутренним диаметром 168-426 мм, соединенными между собой при помощи муфт на резьбе.

Такое закрепление необходимо для защиты стенок от обвалов грунта во время бурения и эксплуатации скважины. Кроме того, обсадные трубы придают скважине вертикальное направление и изолируют ее внутреннее пространство от водоносных пород с некачественной водой.

Во время бурения рыхлых пород силы трения между стенками обсадных труб и грунтом увеличиваются по мере заглубления бура и достигают такой величины, когда опускание труб прекращается.

Тогда в готовую скважину опускают другую колонну труб меньшего диаметра и начинают бурить снова, пока не пройдут водоносный слой с качественной водой. Диаметр каждой следующей колонны меньше диаметра труб предыдущей колонны на 50-100 мм.

После окончания бурения трубчатый колодец имеет телескопический вид. Количество колонн обсадных труб зависит от глубины и способа бурения. Трубчатый колодец проектируют на основании данных о геологическом строении пород и гидрогеологических условиях местности.

По результатам данных геологоразведки определяют: глубину скважины, начальный и конечный диаметры обсадных труб, типы и размеры водопроводного оборудования, способы бурения и закрепления скважины, типы и размеры фильтра, химический состав воды эксплуатируемого и проходного водоносных горизонтов.

Глубину трубчатого колодца определяют глубиной залегания кровли и подошвы эксплуатационного водоносного горизонта, а в случае оборудования колодца эрлифтом необходимо учитывать глубину заглубления компрессорных труб. Эта глубина устанавливается специальным расчетом.

Водоприемной называют часть трубчатого колодца, заглубленную в водоносный слой и предназначенную для приема и накопления воды. В рыхлых и нестойких породах водоприемную часть, как правило, закрепляют фильтром. В скальных и полускальных стойких породах крепление стенок скважины и установка фильтра не требуются. Обсадные трубы после окончания бурения вынимают или немного поднимают.

При сооружении буровых колодцев должны использоваться материалы, разрешенные органами санэпиднадзора. Так, при устройстве фильтра его материал должен быть устойчив к химической коррозии, обладать механической прочностью и в процессе эксплуатации колодца не должен забиваться песком. Фильтры защищают стенки скважины от обвалов, не допускают прохождения в колодец мелких частиц породы и обеспечивают свободный доступ воды.

Тип фильтра и его конструкцию выбирают в зависимости от водоносной породы на участке. Если грунт представляет собой неустойчивую породу (полускальную, щебенистую, галечниковую) с преобладанием частиц от 2 до 10 см, то применяют трубчатые фильтры с круглой или щелевой перфорацией.

При гравийном грунте, гравелистом и крупном песке с частицами от 1 до 10 мм водоприемная поверхность выполняется, из проволочной обмотки из нержавеющей стали или из штампованного стального листа. В песчаных грунтах с размером частиц от 0, 25 до 0, 5 мм используют трубчатые фильтры из сетки гладкого или галунного плетения, а также с однослойной гравийной обсыпкой. Трубчатые стальные фильтры применяют при любой глубине скважины.

Рис. 1. Пористобетонные фильтры на каркасах из асбоцементных труб:
А — фильтры;
Б — соединение асбоцементных труб;
1 — пористобетонный фильтр;
2 -- пояс из щелевого бетона;
3 — пористобетонная обечайка;
4 — резьбовое соединение;
5 — каркас;
6 — асбоцементная труба;
7 — муфта;
8 — металлический поддон

Диаметр фильтра для трубчатого колодца устанавливают в пределах от 75 до 300 мм. Наиболее распространенные фильтры имеют диаметр 100-200 мм. После установки фильтра нижнюю колонну труб поднимают так, чтобы она перекрывала фильтр на высоту 1-2 м. Между обсадной трубой и фильтром набивают сальник. Верхнюю колонну труб откручивают или срезают внутренним труборезом. Кольцевой зазор между концами вырезанных труб и предварительной колонной обсадных труб на высоту не менее 3-5 м заполняют (тампонируют) цементным раствором или набивают сальник.

Тампонаж не допускает поступления поверхностных загрязненных вод в скважину. Для хозяйственно-питьевого водопотребления верхнюю часть закрепляют двумя колоннами обсадных труб, а пространство между ними заполняют цементным раствором. В тех случаях, когда применяют одну колонну труб, делают затрубную цементацию.

Фильтры состоят из трех частей: рабочей (водоприемной), надфильтровой трубы с приспособлением для опускания и поднятия фильтра и отстойника. Надфиль-тровую часть трубы заводят в последнюю колонну обсадных труб на такую высоту, чтобы избежать попадания в фильтр песка через кольцевой запор и чтобы была возможность установить сальник. Вверху делают вырезы в виде перевернутой буквы " Г", которые служат замком для опускания фильтра в скважину.

Отстойник представляет собой неперфорированную трубу длиной 2, 0 м с глухим дном, которая является нижней частью фильтра. Отстойник предназначен для оседания мелкого песка и ила, которые проникают через фильтр в начале его работы. Устанавливают его ниже каркаса фильтра и очищают от осадков желонкой.

Фильтры применяют самых разнообразных конструкций в зависимости от характера пород, которые составляют водоносные пласты: сетчатые и проволочные, дырчатые и щелевые, пористобетонные и гравийные, гравитационные и т.п.

Рабочей частью фильтра является каркас, который состоит из перфорированной трубы с круглыми или прямоугольными отверстиями. На каркасе закреплены стержни из проволоки, а на них -фильтровальная сетка, для которой проволочные стержни служат опорой. Каркас фильтра должен иметь достаточную механическую прочность и стойкость против коррозии и эрозионного воздействия воды.

Широкое распространение получили каркасно-стержневые фильтры, у которых каркас состоит из стержней, закрепленных в опорных поясах. Для их изготовления на каркас навивают спирали из проволоки диаметром 1, 5-2, 0 мм. Каркасы фильтров, изготовленные из нержавеющей стали, устанавливают на любую глубину, а каркасно-стержневые — на глубину до 200 м. Каркасные фильтры, изготовленные из древесины, пластмассы, керамики и асбоцемента, устанавливают на глубину не более 100 м.

Каркасы из перфорированных труб покрывают сетками из латуни или нержавеющей стали квадратного или гладкого плетения, гофрированными сетками из пластмасс, тканями из стекловолокна и т.п. Медные луженные сетки на стальной трубе создают гальваническую пару: первая — катод, другая — анод. Вследствие этого стальная труба сильно корродирует. Сетки укладывают на продольные прутья, а прутья — на подкладочную спираль из нержавеющей стали или винипласта.

Размеры проходных отверстий принимают такими, чтобы они не пропускали частиц породы из водоносного горизонта в трубчатый колодец. Фильтрующие элементы (отверстия в трубах и сетках, поры в гравийной обсыпке) должны создавать минимальное препятствие поступлению воды и иметь высокую скважинность. Скважинностью фильтра называют отношение суммарной поверхности отверстий к боковой поверхности той части трубы, где эти отверстия размещены.

Фильтры с высокой скважинностью значительно долговечнее. Скважинность каркаса, дырчатых фильтров с сетками составляет 20-25%, щелевых — 40-45%, гравийных 30-40%. Самую высокую скважинность имеют каркасно-стержневые фильтры — до 60%. Трудоемкие гравелистые фильтры часто заменяют пористобетонными на каркасе из асбестоцементных труб (рис. 1).

Их скважинность составляет 35-40%, а стоимость в 2-3 раза меньше стальных. Пористобетонные фильтры представляют собой цилиндрические обоймы с пористыми стенками из гравия, равномерно уложенного и сцементированного тонкой пленкой цементного раствора.

Наружный диаметр фильтра составляет 160-300 мм, толщина стенки 40 мм, а длина 0, 65-1, 0 м. Горловину скважины закрывают оголовком, который служит для защиты трубчатого колодца от загрязнения и для монтажа водоприемного оборудования. Оголовок размещают в небольшом шахт-колодце. Стены шахты сооружают из камня, кирпича, бетона или древесины, а пол — из бетона.