З а д а н и е 4. Расчет водопонижающих скважин

В данном задании требуется рассчитать установку совершенных водопонижающих скважин, расположенных по прямоугольному контуру с размерами B× L для понижения уровня воды на величину S и определить максимальную глубину котлована при известных диаметре водопонизительных скважин d, мощности водоносного горизонта H, коэффициенте фильтрации водоносного горизонта k. Исходные данные для расчета − «Бланк задания», табл. 4.

Суммарный расход кольцевого вертикального дренажа

, м³/сут, (21)

где Q₀ – дебит каждого колодца кольцевой группы;

n – число колодцев в кольцевом дренаже.

В условиях безнапорных вод дебит каждого колодца совершенного типа при расположении их по периметру кругового контура (рис. 8) может быть определен по формуле В.Н. Щелкачева:

, м³/сут, (22)

гдеS – понижение уровня воды в колодцах, м;

H − мощность безнапорного водоносного горизонта, м;

R₀ – радиус депрессии при работе дренажа, м;

r₀ – радиус круга или равновеликого круга, к которому приводится реальный контур;

r – радиус колодцев.

Рис. 8. Схема расположения скважин при круговом контуре питания:

а − по окружности; б − по прямоугольному контуру.

Дебит каждой из артезианских скважин в тех же условиях

, м³/сут, (23)

где m− мощность напорного водоносного горизонта, м.

Данные расчеты справедливы при отношении длины к ширине контура . Установка удлиненной формы при отношении длины к ширине контура рассматривается как двухлинейный ряд.

Величина приведенного радиуса r₀подсчитывается:

1) при неправильной форме котлована в плане и отношении по формуле

, м, (24)

а при отношении – по формуле

, м; (25)

2) при прямоугольной форме котлована и – по формуле Н.К. Гиринского:

, м, (26)

где F– площадь котлована, м²;

h– коэффициент, значение которого находится в зависимости от отношения B/Lпо табл. 1 приложения 4;

Р – периметр котлована, м;

L – длина котлована, м;

В – ширина котлована, м.

При откачках из котлованов и водопонижающих установок с приведенным радиусом r₀ до 40÷ 50 м радиус влияния R₀ определяется по формуле

, м, (27)

где R − радиус влияния одиночной скважины, м.

Величина радиуса влияния скважины для грунтовых безнапорных вод ориентировочно может быть определена по формуле (5).

Для напорных вод может быть использована формула Зихарда:

, м. (28)

Водопропускная способность скважины

, м³/сут. (29)

Для проектируемых водопонизительных скважин должно выполняться условие . Если условие не выполняется, то количество проектируемых водопонизительных скважин (n) необходимо увеличить.

Высота пониженного уровня подземных вод в центре участка может быть приближенно определена по формуле «большого колодца»:

для безнапорных вод (рис. 9)

, м; (30)

Рис. 9. Расчетная схема дренажа вертикального типа из совершенных

колодцев при его работе в безнапорных водах.

для напорных вод (рис. 10)

, м, (31)

где H − высота непониженного столба воды над горизонтальной подошвой пласта на участке скважин.

Рис. 10. Расчетная схема дренажа вертикального типа из совершенных

колодцев при его работе в напорных водах.

Более точно эта величина определяется по формуле Форхгеймера:

для безнапорных вод

, м, (32)

где x₁, х₂,..., х_n – расстояния от соответствующих колодцев до центра участка.

для напорных вод

, м. (33)

Максимально возможная глубина котлована (из условия обеспечения сухого дна)

, м, (34)

где h_в − глубина статического уровня воды, м;

h_кап − высота капиллярной каймы, м.

Высота капиллярной каймы для: крупнозернистого песка − 0, 05 м; среднезернистого песка − 0, 15…0, 35 м; мелкозернистого песка − 0, 35…1, 0 м; супеси − 1, 0…1, 5 м.

Пример. Рассчитать установку совершенных водопонижающих скважин и определить максимальную глубину котлована для следующих исходных данных: длина контура L=100 м; ширина контура B=50 м; понижение уровня воды S= м; диаметр водопонизительных скважин d=0, 2 м; мощность водоносного горизонта H=10 м; глубина статического уровня h_ст=2 м; водоносный горизонт − мелкий песок; коэффициент фильтрации водоносного горизонта k = 2 м/сут.

Решение. Задаемся количеством водопонизительных скважин n = 6. Скважины располагаем на одинаковом расстоянии друг от друга, 50 м.

Радиус влияния одиночной скважины

, м.

Величина приведенного радиуса при прямоугольной форме котлована при

, м.

Радиус депрессии при работе дренажа

, м.

В условиях безнапорных вод дебит каждой скважины

, м³/сут.

Водопропускная способность скважины

, м³/сут.

Так как условие выполняется, то количество проектируемых водопонизительных скважин достаточно.

Суммарный расход кольцевого вертикального дренажа

, м³/сут.

Высота пониженного уровня подземных вод в центре участка

, м.

Максимально возможная глубина котлована

, м.