Все о работе со специальными цементами.

Классификация, свойства, виды специальных цементов

Archive for the ‘СТРОИТЕЛЬНОЕ ВОДОПОНИЖЕНИЕ’ Category

ПОНИЖЕНИЕ УПВ ЭЖЕКТОРНЫМИ ИГЛОФИЛЬТРОВЫМИ УСТАНОВКАМИ

Эжекторные иглофильтровые установки применяют для осушения водонасыщенных грунтов с коэффициентом фильтрации 0,1...10 м/сут при необходимости понижения УПВ на 4... 12 м от поверхности земли. В отдельных случаях возможно их использование при требуемой глубине понижения до 20 м. Они могут быть особенно эффективны в стесненных условиях городской застройки, где применение многоярусных легких иглофильтровых установок невозможно, а использование водопонизительных скважин с глубинными электронасосами нерационально.
В грунтах с коэффициентом фильтрации более 2...3 м/сут эжекторные установки устраивают обычно без песчаной обсыпки. Они работают на откачку из грунта воды с давлением в фильтровом звене, близком к атмосферному. Возможность осушения ими слабопроницаемых грунтов с коэффициентом фильтрации менее 2 м/сут определяется приспособленностью размещенных в них эжекторов к созданию в фильтровых звеньях значительного вакуума (при поступлении в них небольших расходов воды и воздуха).
Так же как и легкие иглофильтровые установки, эжекторные иглофильтровые установки по их расположению в плане могут быть однорядными, двухрядными и кольцевыми. Расстояния между эжекторными иглофильтрами и их длина определяются расчетом при проектировании. Обычно расстояние колеблется в диапазоне 1,5...6 м, а в относительно хорошо проницаемых грунтах (с коэффициентом фильтрации 10 м/сут) оно может быть увеличено до 10 м. Длина эжекторного иглофильтра должна на 2...6 м превышать глубину требуемого понижения.
Эжекторная иглофильтровая установка ЭИ-70 (ЭИ-2,5)
В отечественной практике применяется лишь эжекторная иглофильтровая установка ЭИ-70 (ЭИ-2,5). Эта установка разработана и спроектирована ВНИИОСПом Госстроя.
В комплект эжекторной установки ЭИ-70 входят: центробежные насосы ЦНС180-85 (подача 180 м3/ч напор 85 м) с электродвигателями мощностью 75 кВт каждый (один
насос основной, один — резервный);
эжекторные иглофильтры (30 шт.), рассчитанные на погружение в грунт на глубину до 12 м;
циркуляционный бак вместимостью 4 м3; сливной коллектор Dy 250 мм; распределительный коллектор Оу 135 мм; задвижки Dy 150 мм (3 шт.); комплект всасывающих и напорных рукавов; магнитные пускатели ПМВИ 1365Б (2 шт.).
При другом варианте исполнения установки (Главмосинж-строй) она укомплектована основным и резервным насосами ЦНС60-99 (подача 60 м3/ч, напор 99 м, мощность электродвигателя 30 кВт) и 12-ю эжекторными иглофильтрами, рассчитанными на погружение в грунт на глубину до 15 м.
Основные рабочие параметры эжекторного иглофильтра определяются расчетом при проектировании. В первом приближении можно ориентироваться на следующие выборочные данные.
При давлении рабочей воды на напорной стороне насоса 0,85 МПа, ее расходе 1,35 л/с, атмосферном давлении в приемной камере эжектора и подъеме откачанной из грунта воды на 12 м производительность одного эжекторного водоподъемника составит 0,7 л/с. При давлении рабочей воды на напорной стороне насоса 1,2 МПа, ее расходе 1,45 л/с, атмосферном давлении в приемной камере эжектора и подъеме откачанной из грунта воды на 15 м производительность одного эжекторного подоподъ-емника составит 0,65 л/с.
В зависимости от условий строительства объекта, особенностей геологического строения грунтов и глубины залегания УПВ эжекторные иглофильтровые установки могут быть укомплектованы другими насосами (например, К45/55, К.90/85, Д320-70, Д630-90 и др.).
Эжекторный иглофильтр состоит из двух колонн-труб — наружной и внутренней. Наружная колонна (надфильтровая) в нижней части оснащена фильтровым звеном, а к нижнему концу внутренней колонны (водоподъемной) присоединен эжектор. Так же как и в легком иглофильтре, к нижней части фильтрового звена прикреплен зубчатый наконечник с шаровым клапаном.
С помощью наконечника в грунт погружается только наружная колонна труб. После достижения ею проектной отметки и промывки затрубного пространства зазор между грунтом и наружной колонной заполняют обсыпкой, а верхнюю часть зазора тампонируют глиной для предотвращения прорыва воздуха в зону фильтра, При монтаже иглофильтров в предварительно пробуренных скважинах укладывают обсыпку с одновременным извлечением обсадных труб. После завершения перечисленных операций в наружной колонне труб монтируют внутреннюю колонну с эжектором. При этом нижний торец всей внутренней сборки уплотняют на седле, относящемся к наружной сборке. В результате полость «рабочей» воды герметично отделяется от внутренней части фильтрового звена.
«Рабочая» вода подается центробежным насосом к эжектору. Благодаря вакууму (или пониженному давлению), созданному эжектором на входе в камеру смешения, через фильтр из грунта поступает вода, которая затем вместе с «рабочей» водой подается в циркуляционный бак. Отсюда излишняя вода отводится через колено, на сторону, остальная поступает на питание центробежного насоса установки.
Вода, откачиваемая установкой, должна быть отведена по трубопроводам или лоткам от места земляных работ не менее чем на 100 м, если вблизи нет открытых или подземных водостоков.

ПОНИЖЕНИЕ УПВ ЛЕГКИМИ ИГЛОФИЛЬТРОВЫМИ УСТАНОВКАМИ

Легкими иглофильтровыми установками обычного типа (ЛИУ-6БМ) успешно осушают гравитационным способом крупные, средние и чистые мелкие пески, обладающие коэффициентом фильтрации 2...50 м/сут. В таких грунтах при одноярусной схеме работ можно добиться понижения уровня воды на 4...4,5 м, считая от оси всасывающего коллектора.
Для осушения слабопроницаемых грунтов (мелких глинистых песков, супесей, илов, лессов, легких суглинков) с коэффициентом фильтрации 0.1...2 м/сут при требуемой глубине понижения (одним ярусом) до 7 м применяют легкие иглофильтро-вые установки вакуумного водопонижения УВВ-3-6КМ и УВВ-ЗА-6КМ. В водонасыщенных грунтах с коэффициентом фильтрации 0,05...0,5 м/сут рекомендуется применять установку вакуумного водопонижения УВВ-4.
Установки вакуумного водопонижения позволяют достигать больших понижений, чем установки обычного типа, ускорять ход осушения, забирать из грунта не только гравитационную, но и капиллярную (находящуюся под вакуумом) воду. Важным достоинством вакуумирования является и то, что с его помощью можно полностью перехватить подземные воды с подстилающего водоносный пласт водоупора.
Электроосмотические установки применяют для электроосушения водонасыщенных глинистых и суглинистых грунтов с коэффициентами фильтрации меньше 0,05 м/сут. Способ электроосушения основан на использовании явлений электроосмоса, представляющего собой движение воды в порах грунта в поле постоянного электрического тока от анода к катоду. Способ может быть применен для незасоленных грунтов с удельным сопротивлением более 500 Ом/см. Широкого применения в строительстве способ пока не нашел.
Легкая иглофильтровая установка ЛИУ-6БМ
Установка ЛИУ-6БМ (рис III.3) разработана ВНИИОСП Госстроя СССР, рабочий проект выполнен ПКБ треста «Сантех-деталь» Минмонтажспецстроя СССР. Установка модернизирована Можайским экспериментально-механическим предприятием (МЭМП) ВПСМО Союзгидроспецстрой Минэнерго СССР.
Всасывающая система установки ЛИУ-6БМ включает в себя коллектор длиной 105 м; 100 иглофильтров, две задвижки (одна резервная); гофрированные соединительные рукава, соединяющие иглофильтры с коллектором, и переходной гофрированный рукав длиной 2 м, соединяющий коллектор с насосной установкой.
Входящие в иглофильтровую установку ЛИУ-6БМ насосные установки ЛИУ-5 (ведущая) и ЛИУ-4 (резервная) приспособлены не только для откачки подземных вод, но и для гидравлического погружения иглофильтров в грунт. Обе насосные установки при водопонижении действуют следующим образом.
Вода поступает в приемную камеру через иглофильтры, коллектор и рукав из грунта; воздух — через неплотности в этих элементах всасывающей системы. Вакуум создается и поддерживается в приемной камере с помощью вакуум-насоса. Объем приемной камеры достаточен для отделения воздуха, проникающего во всасывающую систему установки, причем воздух из верхней части камеры отсасывается вакуум-насосом. Для охлаждения вакуум-насоса и поддержания в нем водяного кольца, необходимого для нормальной работы, предусмотрено непрерывное подсасывание воды из камеры охлаждения воды и отделения воздуха, причем ее количество регулируется с помощью установленного на всасывающей трубке пробкового крана. Излишек воды в вакуум-насосе вместе с откачиваемым воздухом выбрасывается по трубке в камеру охлаждения. После отделения воздуха вода вновь направляется для питания вакуум-насоса.
Поскольку приемная камера, а следовательно, и сообщающаяся с ней камера охлаждения соединены одновременно с центробежным насосом и вакуум-насосом, возможен такой режим работы включенных параллельно насосов, при котором вода из камеры охлаждения будет высасываться центробежным насосом. Во избежание этого предусмотрен обратный шаровой клапан.
Во время работы установки холодная грунтовая вода непрерывно омывает стенки напорной и приемной камер, за счет чего охлаждается вода, находящаяся в камере охлаждения. Для регулирования режима работы насосной установки и перекрытия напорного патрубка центробежного насоса при пуске имеется специальный клапан.
Насосные установки ЛИУ-5 и ЛИУ-4 характеризуются компактностью, . легкостью и высокой допустимой высотой всасывания.
«Легкие иглофильтровые установки УВВ-3-6КМ и УВВ-ЗА-6КМ
Установки разработаны ВНИИ ВОДГЕО, рабочие проекты выполнены институтом Гидроспецпроект. Они заменили выпускаемую ранее установку УВВ-2 как менее металлоемкие и энергоемкие, характеризующиеся меньшими габаритами насосной ус-
тановки и обеспечивающие подачу воды на повышенные отметки.
Обе установки предназначены для осушения мелкозернистых грунтов с коэффициентом фильтрации .0,1...2 м/сут (мелких, пы-леватых и глинистых песков, супесей, илов, лессов).
Установка УВВ-3-6КМ (рис, 111.4) работает при водопонижении следующим образом. Из-предварительно залитого водой циркуляционного бака вода поступает через всасывающий патрубок в центробежный насос, а из насоса по трубопроводу в напорную камеру эжекторной кассеты. Из напорной камеры вода поступает под напором в смесительные камеры эжекторов, в результате чего в приемной камере эжекторной кассеты создается вакуум, необходимый для извлечения из осушаемого грунта воды и воздуха через иглофильтры и всасывающий коллектор.
При работе установки нижний эжектор откачивает, как правило, воду или водовоз'душную смесь; два верхних эжектора откачивают воздух. Однако каждый из эжекторов может откачивать воду, воздух и водовоздушную смесь.
Из нижнего эжектора поток через диффузор поступает в выбросную трубу, а из нее в циркуляционный бак. Из верхних эжекторов смесь воды с эжектируемым воздухом через диффузоры поступает на отбойник потока, позволяющий избежать лобового столкновения струи с находящейся напротив нее водоприемной поверхностью. Сойдя с отбойника, поток поступает на стенку, отводящую воду в сторону бака, противоположно месту нахождения всасывающего патрубка центробежного насоса. Далее поток движется в направлении места расположения эжекторов и отбойника и подходит к. всасывающему патрубку через зазор между нижними кромками стенки и перегородки с одной стороны и дном бака с другой стороны. В результате отводимый от водо-воздушных верхних эжекторов прток, прежде чем поступить во всасывающий патрубок, практически полностью освобождается от имеющегося в нем воздуха. Таким образом, при любых эксплуатационных ситуациях центробежный насос работает в нормальных условиях.
При откачке воздуха верхними эжекторами может возникнуть пульсация потока, вызванная падением вакуума в приемной камере. В этом случае цилиндрические затворы следует выдвинуть вперед навстречу отбойнику. Зазор между отбойником и затворами при этом уменьшится, противодавление возрастет и пульсация снизится. Поступательное передвижение затворов осуществ--ляется с помощью винта, ввернутого в перемычку, объединяющую затворы.
Минимальный необходимый для запуска насоса уровень воды в баке поддерживается благодаря выбросной трубе.
Отобранные из грунта вода и воздух вместе с водой, поданной центробежным насосом, выбрасываются эжекторами в циркуляционный бак. Из бака воздух уходит в атмосферу, вода же частично идет на питание центробежного насоса, а частично подается на сброс, т. е. за пределы насосного агрегата. При этом расходы воды, сбрасываемой из извлекаемой из грунта, равны.
При самотечном отводе воды ее сброс осуществляется через сливной стояк и рукава, а сбросная напорная линия в этом случае перекрыта находящимся на ней краном и заглушена (обратный клапан и трубопровод при этом отсутствуют). В случае размещения насосного агрегата в котловане, в шахте или тоннеле должен быть заглушён стояк, а подача отобранной из грунта воды на подъем будет осуществляться по напорной сбросной линии. При этом равенство расходов воды, отбираемой из грунта и удаляемой на сброс, поддерживается с помощью клапана, степень открытия которого зависит от положения поплавка, синхронно следящего за положением уровня воды в баке. В случае чрезмерного понижения уровня, связанного с утечками в напорную линию через неплотности клапана, кран на этой линии должен быть частично прикрыт.
При осушении водоносного слоя, сложенного хорошо проницаемым грунтом, приток воды из грунта может превысить расход воды, выдаваемой на сброс, даже при полностью открытом регулирующем клапане. Следствием этого является переполнение водой циркуляционного бака. В этих условиях уменьшение притока подземной воды в бак можно достичь частичным или полным открытием воздушного вентиля, смонтированного на верхней крышке приемной камеры эжекторной кассеты.
Легкая иглофильтровая установка УВВ-ЗА-6КМ имеет несколько видоизмененную конструкцию насосной установки. Так, она не имеет затворов, регулирующих работу верхних эжекторов,— вместо этого выбран постоянный зазор в 50 мм между скошенными торцами эжекторных диффузоров и отбойником потока. Предусмотрена автоматизация работы насосного агрегата, заключающаяся в размещении в пределах циркуляционного бака двух клапанов — воздушного и перепускного.
Установки УВВ-3-6КМ и УВВ-ЗА-6КМ включают в себя 100 или 98 рядовых иглофильтров. В последнем случае их доукомплектовывают двумя иглофильтрами с пьезометрами. Иглофильтры с пьезометрами предназначены для осуществления контроля за работой вакуумных иглофильтровых установок.
Легкая иглофильтровая установка УВВ-4-20/30
Установка вакуумного водопонижения УВВ-4-20/30 разработана ВНИИ ВОДГЕО, рабочий проект выполнен институтом Гипроспецпроект. Установка предназначена для строительного осушения грунтов, обладающих очень малой проницаемостью. Наиболее рациональная область ее применения — водонасыщен-ные глинистые пески, супеси, илы, легкие суглинки с коэффициентом фильтрации 0,05...0,5 м/сут. В отдельных случаях установку целесообразно применять и при более высокой проницаемости грунтов (до 2...3 м/сут).
Насосная установка УВВ-4-20/30 благодаря использованию вместо эжекторов водокольцевого вакуум-насоса ВВН1-3 обладает большей, чем другие установки вакуумного водопонижения, производительностью по воздуху. Ее применение особенно эффективно при осушении крупных котлованов гидротехнических сооружений и обслуживании дренажных систем большой протяженности, т. е. на стационарных объектах и объектах продолжительного действия, когда затраты на электроэнергию значительно превосходят затраты на монтажные, демонтажные и другие работы по обслуживанию установки.
Этой установке следует отдавать предпочтение и в тех случаях, когда фильтры иглофильтров приходится размещать в непосредственной близости к откосам котлованов или стенкам тоннелей.
Установка УВВ-4-20/30 (рис. III.5) включает в себя всасывающую систему и насосную установку.
В комплект всасывающей системы входят коллектор с приемным блоком; иглофильтры; соединительные резинотканевые рукава, соединяющие приемный блок с насосной установкой.
' Насосная установка представляет собой моноблочную, смонтированную на общей раме конструкцию, основными исполнительными механизмами которой являются водокольцевой вакуумный насос ВВН1-3 и центробежный консольный электронасос К 20/30.
Установка при водопонижении работает следующим образом. Закрывают кран на приемной линии вакуумного насоса, кран на линии, соединяющей гидроциклон с распределителем, и игольчатый клапан гидроциклона. Центробежный насос и циркуляционный бак заполняют водой до уровня, соответствующего крайнему нижнему положению поплавка и полному закрытию клапана. На два оборота игольчатого клапана приоткрывают отверстие шламового патрубка гидроциклона. Нажатием кнопки «Пуск» включают в работу центробежный насос. Вода от электронасоса по распределителю и рукаву подается в камеру смешивания, за счет чего в приемной камере эжектора, рукаве и приемном блоке коллектора создается вакуум. Действие вакуума в приемном блоке распространяется на всю всасывающую систему установки, т. е. на коллектор и присоединенные к нему иглофильтры. В результате из грунта в коллектор начинают поступать сначала только
воздух, а затем и воздух, и вода. После промывки системы и стабилизации процесса откачки подземной воды (вода становится прозрачной) нажатием кнопки «Пуск включают в работу вакуумный насос ВВН1-3 и тут же открывают примерно наполовину кран подачи воды в гидроциклон от центробежного насоса (отводная линия), а затем полностью кран на приемной линии вакуумного насоса. После этого необходимо отрегулировать краном требуемую подачу предварительно очищенной в гидроциклоне грунтовой воды к вакуумному насосу. По достижении водой определенного уровня воды в приемном блоке коллектора эжектор начинает откачивать только воду (или воду с воздухом), а водокольцевой насос — только воздух.
При значительном поступлении грунтовой воды для ее откачки подключается и водокольцевой насос. Откачиваемая эжектором вода поступает в водослив (переливной короб) циркуляционного бака, а вода, проходящая через ВВН1-3, изливается непосредственно в циркуляционный бак. Отсюда вода направляется во всасывающий патрубок центробежного электронасоса.
Система гидравлической автоматики, размещенная в циркуляционном баке, заимствована из насосной установки УВВ-ЗА-6КМ.
Для охлаждения сальников вакуумного насоса и подпитки его водяного кольца, а также для защиты сальников и рабочих зазоров от взвесей, содержащихся в грунтовой воде, к вакуумному насосу подводится очищенная в гидроциклоне грунтовая вода. Расход воды регулируют краном и игольчатым клапаном гидроциклона. Отделяемая в гидроциклоне взвесь через его шламовый патрубок удаляется в грязевую емкость бака, а оттуда через сливной кран на сторону.
Откачиваемый вакуумным насосом воздух вместе с избыточной водой выбрасывается в водоотделитель. Отсюда воздух удаляется в атмосферу, а вода по водоотводящей трубе направляется в циркуляционный бак.
Значительна роль расположенного во внутренней полости бака водослива, выполненного в виде выгородки с открытым верхним сечением. Так, при остановке насосной установки водослив позволяет держать под заливом и циркуляционный бак, и электронасос, что дает возможность легко осуществить последующий запуск установки.
При работе насосной установки во всасывающей системе создается вакуум, под воздействием которого в иглофильтр через воздушный дроссель и воздушную трубку поступает воздух. Выходя из воздушной трубки, нижний торец которой находится непосредственно над фильтром иглофильтра, воздух смешивается с откачиваемой подземной водой. В результате возникшего таким образом эрлифтного эффекта увеличиваются интенсивность откачки воды и вакуум в осушаемом грунте.
Насосная установка УВВ-4-20/30 не приспособлена к откачке значительного количества воды, но она обладает повышенной производительностью по воздуху, малой установленной мощностью и значительной высотой подачи.
Электроосмотическая установка
Иглофильтры-катоды устанавливают по периметру котлована на расстоянии 1,5 м от его бровки. Глубина погружения иглофильтров должна быть не менее чем на 3 м ниже понижения УПВ, предусмотренного проектом. Расстояние между иглофильтрами —0,75 или 1,5 м.
Между иглофильтрами-катодами и бровкой котлована устанавливают металлические трубы-аноды. Расстояние между рядами электродов составляет 0,8 м. И иглофильтры, и трубы должны выступать над землей на 0,2...0,4 м. Каждый ряд электродов объединяется общей электрической шиной, подсоединяемой к соответствующему полюсу электрогенератора постоянного тока. Для иглофильтров шиной является коллектор. По правилам безопасности производства работ рабочее напряжение генератора должно составлять 40...60 В.
Вода, подошедшая к иглофильтрам под воздействием постоянного электрического тока, откачивается из грунта обычным способом, т. е. иглофильтровыми установками (преимущественно вакуумными).
В состав электрического оборудования входят:
легкая иглофильтровая установка;
трубы для анодов ?>у40 длиной 7 м (100 шт.);
арматурная сталь диаметром 10...12 мм (100 кг);
генератор постоянного тока (или выпрямитель) на 200 А при напряжении выхода до 60 В;
электрощит управления;
амперметр постоянного .тока со шкалой до 1000 А;
вольтметр постоянного тока со шкалой до 100 В.
Рабочие, обслуживающие установки, в обязательном порядке должны быть снабжены резиновыми обувью и перчатками.
Эксплуатационные наблюдения
При расположении насосной установки посередине всасывающего коллектора последний оказывается разделенным на две ветви. В этом случае места для иглофильтров с пьезометрами следует назначать посередине ветвей. При расположении насосной установки с одной из сторон всасывающего коллектора места для иглофильтров с пьезометрами следует назначать так, чтобы каждый такой иглофильтр был отдален от ближайшего к нему конца всасывающего коллектора на расстояние, равное '/4 полной длины коллектора.
По показаниям вакуумметров, устанавливаемых на пьезометрах в период снятия замеров, можно судить о перепаде давлений на фильтре. На установках ЛИУ следует использовать пьезометры открытого типа, не оснащенные вакуумметрами. Уровень воды в таких пьезометрах замеряют хлопушкой или электроуровнемером.
Для получения полной информации о ходе водопонижения установку (как вакуумного, так и обычного водопонижения) оборудуют несколькими наблюдательными скважинами. Для устройства этих скважин могут быть использованы рядовые иглофильтры, не подсоединенные к коллектору.
Наличие в составе водопонизительной установки, смонтированной на строительной площадке, перечисленных контрольно-измерительных устройств позволяет следить за ходом создаваемого установкой понижения УПВ, в любой момент знать необходимые показатели и прогнозировать понижение на несколько дней вперед. Показания контрольно-измерительных устройств позволяют также устанавливать причины отклонений от нормальной работы и своевременно устранять неисправности.
Основные технологические схемы
Легкие иглофильтровые установки используют главным образом при вскрытии траншей, котлованов, проходке шахт и тоннелей неглубокого заложения (до 4,5 м при использовании установок обычного типа и до 7 м — установок вакуумного водопони-жения).
Однорядные системы (иглофильтры установлены в один ряд) допустимо использовать: при вскрытии несовершенных (не доходящих до водоупора) траншей при расстоянии от дна траншеи до водоупора больше 3 м, когда требуемое значение понижения (от оси всасывающего коллектора) не превышает 2,5 м при использовании установок типа ЛИУ и 4 м — установок типа УВВ. В остальных случаях при устройстве траншей, а также при щитовой проходке тоннелей, штолен и т. п. целесообразно применять двухрядные водопонизительные системы. Котлованы, входные и выходные шахты тоннеля следует вскрывать под защитой кольцевых водопонизительных систем.
При одноярусном расположении иглофильтров всасывающий коллектор и насосную установку располагают на первоначальной поверхности земли (рис. Ш.7, а) или на сухом дне выемки первой очереди (рис. 111.7, б). Насосные установки водопонизительной системы монтируют, как правило, на тех же отметках, что и всасывающий коллектор,
В тех случаях, когда насосная установка не может обеспечить подачу требуемого количества воды на заданную отметку, в составе водопонизительной системы должен быть предусмотрен дополнительный насос, подключенный к сбросной линии установки.
Установки вакуумного водопонижения могут с высокой эффективностью осушать грунт обводненного забоя с помощью забойных иглофильтров.
Одна из возможных схем такого осушения представлена.Она предусматривает монтаж на дне шахты вакууми-рующей насосной установки, приемного блока и звена коллектора. Связь между звеном коллектора и забойными иглофильтрами осуществляется трубами и рукавами, уложенными на уровне рельсовых путей на дощатый настил или закрепленными на обделке тоннеля.
Применение приведенной на рис. III.9 схемы целесообразно при близким расположении забоя от стенки шахты, В противном случае между блоком и звеном коллектора должен быть предусмотрен всасывающий рукав нужной длины. Необходимое число иглофильтров (обычно 2...4) и глубину их погружения определяют опытным путем.
На крупных котлованах нередко применяют двухъярусные {рис. ШЛО) и многоярусные схемы работы легких иглофильтровых установок. При этом каждый нижний ярус монтируют под защитой верхнего. После пуска в эксплуатацию нижнего яруса верхний ярус, как правило, отключают от работы (кроме тех случаев, когда приток воды к установкам настолько велик, что нижний ярус не справляется с ним).
Часто легче иглофильтровые установки как обычного, так и вакуумного водопонижения образуют нижний ярус водопони-зительной системы на крупных строительных котлованах гидро-. технических сооружений, где основное понижение уровня подземных вод достигается устройством скважин, оборудованных погружными насосами.
Расстояние между иглофильтрами, их длина, число иглофильтров, обслуживаемых одной насосной установкой, необходимость устройства около иглофильтров песчаной обсыпки и ее параметры определяются расчетом при проектировании водопонизительной системы. При отсутствии расчетов, а также в условиях возможных отступлений от проекта допустимо руководствоваться приведенными ниже рекомендациями.
Устройство песчаной обсыпки обязательно во всех случаях, когда коэффициент фильтрации осушаемой водоносной толщи не превышает 5 м/сут (в основном в условиях применения вакуумного водопонижения). Высота ее обычно составляет 2,5...3 м. При осушении толщ, сложенных чередующимися слоями хорошо и плохо проницаемых грунтов, верх обсыпки следует назначать на уровне самого верхнего, подлежащего осушению хорошо -проницаемого слоя.
Полная длина иглофильтров в установках вакуумного водопонижения не должна превышать 7 м; в обычных водопонизи-тельных системах она может достигать 8,5 м. С иглофильтрами длиной 8,5 м могут работать и установки вакуумного водопонижения, если они применяются для осушения грунтов с коэффициентом фильтрации>2 м/сут, В этом случае такими установками будет осуществляться, как правило, обычное (не вакуумное) во-допонижение. При малых расстояниях от поверхности земли или от дна выемки до подстилающего водоносную толщу водоупора иглофильтры должны иметь длину, достаточную для его достижения.
Расстояния между иглофильтрами, а также между их фильтровыми звеньями и откосами земляной выемки (или стенкой подземного сооружения) целесообразно назначать с учетом фильтрационных свойств грунтов и требуемого понижения уровня подземных вод, ориентируясь на данные, приведенные в табл. III.9.

ПОНИЖЕНИЕ УПВ С ПОМОЩЬЮ СКВАЖИН

Область применения
Водопонизительные скважины делятся на открытые и закрытые (вакуум-скважины).
Открытые (сообщающиеся с атмосферой) водопонизительные скважины применяют в грунтах с коэффициентом фильтрации более 2 м/сут.
Сквозные фильтры целесообразны тогда, когда возможно технически и оправдано экономически устройство подземных дренажных галерей. Конструкция сквозного фильтра включает при необходимости фильтровую колонну и песчано-гравийную обсыпку. Фильтровая колонна состоит из фильтров, установленных в нижней части каждого водоносного слоя, глухих труб, оголовка и выпуска. Выпуск из сквозного фильтра в галерею оборудован задвижкой и манометром.
Закрытые скважины, т. е. скважины с герметичным устьем, предназначены для вакуумного водопонижения в грунтах с коэффициентами фильтрации ниже 2 м/сут. Расстояния между скважинами, их глубина, длина и диаметр фильтровой части, толщина и гранулометрический состав обсыпки определяются в процессе проектирования расчетом и на основе опытных откачек.
Из перечисленных разновидностей скважин в водопонизи-тельной практике наиболее часто применяют открытые вертикальные скважины, оборудованные погружными насосами.
Ниже подробно рассматриваются конструктивные особенности этих скважин, а также закрытых вакуумных скважин, являющихся наиболее сложными в устройстве и эксплуатации.
Открытые вертикальные скважины с погружными электронасосными агрегатами
В состав открытой скважины с электронасосным агрегатом входят: оборудованное фланцем устье, колонна над-фильтровых труб, фильтровая колонна, отстойник и собственно электронасосный агрегат.
В случае использования агрегата типа ЭЦВ в пределах скважины помимо самого электронасосного агрегата, установленного выше фильтровой колонны, размещают водоподъемный трубопровод, к которому крепят агрегат и токопод-водящий кабель. При необходимости в пределах скважины или в специальном стояке могут быть размещены датчики уровня воды: верхнего, нижнего и аварийного.
Вне пределов скважины находятся опорный фланец водоподъемного трубопровода, колено (оголовок) с манометром, задвижка и станция управления, по сигналам датчиков включающая и выключающая электродвигатель в зависимости от уровня воды в скважине. В непосредственной близости от скважины целесообразно размещать открытый пьезометр для замера УПВ в прифильтровой зоне.
Для достижения дополнительного снижения УПВ электронасосный агрегат может быть опущен в отстойник скважины. При этом следует предусмотреть специальный кожух, направляющий поток откачиваемой воды вдоль стенок агрегата, чем предотвращается его перегрев.
В случае использования агрегатов типа АТН или А (табл. 111,11 и 111.12) внутри скважины располагают лишь центробеж-
ный насос и водоподъемный трубопровод, а электродвигатель монтируют на отводящем откачанную воду опорном колене, в свою очередь, размещенном на устье скважины.
Центробежные скважинные электронасосные агрегаты тина ЭЦВ предназначены для подачи воды с общей минерализацией не более 1500 мг/л, водородным показателем рН 6,5...9,5, температурой до 25 "С, массовой долей твердых механических примесей— не более 0,01%, содержанием хлоридов — не более 350 мг/л, сульфатов — не более 500 мг/л, сероводорода—не более 1,5 мг/л. Агрегаты должны допускать до трех включений в час с интервалами между ними не менее 5 мин. При работе агрегатов необходимо обеспечить надежное охлаждение электродвигателей. В соответствии с ОСТ 2602-1161-75 при температуре 25 °С скорость омывающего потока должна составлять для двигателей до 2,8 кВт —0,1 м/с; до 16 кВт — 0,3 м/с; свыше 16 кВт — не менее 0,6 м/с.
Для обеспечения надежного подпора на входе в насос необходимо, чтобы верхний фланец агрегата находился ниже динамического уровня: для агрегатов с подачей до 200 м3/ч — не менее чем на 1 м, с подачей более 200 м3/ч — до 6 м.
В отличие от ЭВЦ, водоподъемные агрегаты АТН с электродвигателем над скважиной можно эксплуатировать в воде температурой до 30 °С и с содержанием твердых механических примесей до 0,5 % по массе. Электродвигатель агрегата доступен для обслуживания и имеет надежное воздушное охлаждение.
Для водопонизительных скважин в зависимости от гидрогеологических условий используют, как правило, фильтры заводского изготовления: трубчатые, каркасно-стержневые, корзинчатые, гравитационные, кожуховые, блочные. Вид и типоразмер применяемых фильтров определяется проектом.
В целях повышения долговечности фильтры выполняют, как правило, из химически стойких материалов. Допускается также применение антикоррозионных покрытий.
Для контроля над снижением УПВ каждую десятую-пятнад-цатую открытую скважину оборудуют внутренним пьезометром, предназначенным для замера уровня воды внутри фильтровой колонны, и затрубным пьезометром — для замера уровня за ее пределами в непосредственной близости от нее. Для замера дебита и взятия проб на качество воды сбросную линию скважины оборудуют дополнительным трубопроводом с задвижкой.
Для достижения наивысшей эффективности оптимальные подача и напор насоса должны соответствовать расчетной производительности открытой скважины и высоте подъема откачиваемой из нее воды. В случае, если подача насоса в рабочем диапазоне его параметров выше дебита скважины, агрегат должен эксплуатироваться в автоматическом режиме работы по сигналам датчиков уровня.
Вакуум-скважины
Вакуум-скважины могут быть оборудованы скважинными электронасосными агрегатами типа ЭЦВ (агрегаты АТН здесь неприменимы) или эжекторами. В случае оборудования вакуум-скважины агрегатом ЭЦВ вакуум в ней обеспечивается вакуумной станцией. В составе такой станции могут быть использованы вакуумные водокольцевые насосы типа ВВН (ВВН1-3, ВВН-3, ВВН-12) или насосные установки вакуумного водопонижения типа УВВ.
Задавая вакуум в закрытых Скважинах с электронасосными агрегатами ЭЦВ, следует помнить следующее. Указанные агрегаты при их длительной и непрерывной эксплуатации требуют положительного давления (подпора) на входе в них. Однако при кратковременной работе (1...2 мин) с последующим отключением на 20 мин и более (что необходимо для пополнения объема воды) в скважине над уровнем воды можно создавать такой вакуум, при котором на входе в насос будет иметь место разрежение 0,03...0,04 МПа.
Герметизацию скважины осуществляют с помощью резиновой прокладки, затянутой между фланцем устья скважины и опорным фланцем, к которому подвешены водоподъемный трубопровод и электронасосный агрегат. Типичным для закрытой скважины является размещение агрегата в отстойнике, т. е. ниже фильтра. В опорный фланец вварена вакуумная линия, оснащенная регулирующим краном и сообщенная с вакуумной станцией. Закрытая скважина такого типа должна быть дополнительно оснащена: наружным пьезометром с вакуумметром; стояком; датчиками уровня (верхним, нижним, аварийным); перемычкой, позволяющей поддерживать одинаковые уровни воды в скважине и стояке, а также вакууметром, фиксирующим вакуум в скважине над зеркалом воды.
Кратковременность работы электронасосного агрегата в полости отстойника позволяет эксплуатировать его без дополнительного кожуха.
В вакуум-скважинах используют фильтры, описанные выше.
Вакуум-скважины с эжекторами (рис. III.16) входят в состав так называемых эжекторных водопонизительных установок с вакуумными концентрическими скважинами ЭВВУ, разработанных ВНИИОСП Госстроя СССР. От эжекторных иглофильтров эти скважины отличаются дополнительной фильтровой оболочкой, закрепленной на наружной колонне труб. При этом фильтровая оболочка перекрывает по высоте всю толщу грунта, в которой понижается УПВ. Изготовляют оболочку из узкой профилированной стальной оцинкованной ленты.
Концентрические вакуумные водоподъемники устанавливают в заранее пробуренные скважины.
В комплект ЭВВУ входят 30 вакуумных концентрических эжекторных иглофильтров без сетчатого покрытия длиной 12 м, циркуляционный бак, два центробежных насоса (основной и резервный), распределительный коллектор длиной 48 м, сливной коллектор длиной 42 м и электрооборудование. Работа эжектора ЭИ-70 обеспечивает в скважине вакуум, соответствующий притоку воздуха из грунта и через неплотности.
При устройстве и эксплуатации вакуум-скважин необходимо принять меры, устраняющие возможность повышенного пескова-ния фильтровой колонны и снижающие приток воздуха в скважину. Для этого следует особое внимание уделять подбору и устройству обсыпки, удалять скважину от откосов выработки, а верхние участки надфильтровых труб надежно тампонировать бетоном, глиной или местным грунтом. Следует также обеспечить качественное выполнение всех сварных швов и резьбовых соединений, а в самом водоподъемнике предусмотреть конструктивные элементы, уменьшающие количество песка, поступающего с водой в эжектор. Такие элементы предусмотрены в эжекторном сква-жинном водоподъемнике ЭСУ-20, разработанном ВНИИ ВОДГЕО и Гидроспецпроектом.
Эжекторная скважинная установка ЭСУ-20 предназначена для откачки воды из вакуумных скважин, в которых эжекторы водоподъемников размешены на глубине 15...35 м от поверхности земли.
Водоподъемник ЭСУ-20, характеризуется: гарантированным отсутствием утечки рабочей воды в скважины; снижением абразивного износа эжектора за счет использования специального чехла с прорезью (снижается количество твердой взвеси, поступающей в эжектор вместе с откачиваемой водой); повышением производительности за счет оптимальной конструкции эжектора и оснащения его сопла витой пластиной, закручивающей рабочий поток.
В первом приближении можно ориентироваться на следующие выборочные рабочие параметры. При давлении рабочей воды на напорной стороне насоса 0,85 Mfta, ее расходе 1,7 л/с, атмосферном давлении в приемной камере эжектора и высоте подъема откачанной из грунта воды 15 м производительность эжекторного водоподъемника составит 1,35 л/с. При том же давлении рабочей воды на напорной стороне насоса, ее расходе 1,8 л/с, атмосферном давлении в приемной камере эжектора и подъеме откачанной воды на 35 м производительность эжекторного водоподъемника составит 0,80 л/с.
Контроль за работой вакуум-скважин осуществляют аналогично контролю за работой открытых скважин, но с использованием вакуумметров, указанных на схемах.
Подбор фильтрующих обсыпок
Для обсыпки фильтров водопонизительных скважин, а также трубчатых дренажей применяют чистый песок, гравий и песчано-гравийную смесь с частицами крупностью 0,5...7 мм, а также продукты дробления изверженных пород.
Гранулометрический состав и толщина обсыпки устанавливаются проектом, но могут быть уточнены на строительстве по данным гранулометрического состава грунтов в естественном залегании с соблюдением требований табл. 111.13.
При пересечении фильтром водопонизительной скважины нескольких водоносных слоев или прослоек О5о обсыпки следует подбирать по наименьшему значению d50, определенному при гранулометрическом анализе всех отобранных образцов проб, но с соблюдением для каждого пересекаемого слоя условия
Если значения различных слоев настолько отличаются друг от друга, что это условие невыполнимо, то допустимо предусматривать обсыпку с различными значениями О5о по высоте фильтра.
Если приведенное выше условие невыполнимо для однослойной обсыпки, то необходимо предусматривать двухслойную обсыпку.
Песчано-гравийную обсыпку фильтров водопонизительных скважин выполняют не менее чем на 2... 10 м выше кромки фильтра в зависимости от глубины скважины и высоты участка фильтровой колонны, перекрываемого обсыпкой.

ПОНИЖЕНИЕ УПВ ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ ДРЕНАМИ

Для строительного водопонижения применяют траншейные, беструбчатые закрытые, трубчатые, в редких случаях галерейные и пластовые дренажи.
Поступающая в дренажные устройства вода самотеком направляется к водоотводящим коллекторам, сбросным линиям или водосборникам перекачных насосных станций.
Простейшим видом дренажей являются канавки и траншеи в котлованах, устраиваемые для отвода из них воды. Такие траншейные дренажи эффективны лишь в относительно устойчивых грунтах. Иногда оказывается целесообразным их устройство вне контуров котлована, в котором производят основные строительные работы. В малоустойчивых грунтах нижнюю часть канав и траншей, затопляемую водой, заполняют хорошо фильтрующим материалом (камнем, щебнем, гравием, крупным песком). Такой дренаж целесообразно устраивать в основном для недолговременной эксплуатации: на отметке дна котлована при возведении в нем сооружений; на оползневых склонах в период проведения мероприятий, необходимых для их стабилизации и т. д.
Более надежны в эксплуатации трубчатые дренажи, состоящие из перфорированной (или пористой) трубы и песчано-гравийной обсыпки. Наличие трубы облегчает сток воды. С помощью смотровых колодцев такие дренажи досгупны для контроля и чистки.
Из траншей, подготовленных для укладки в них труб, необходимо отобрать пробы грунта, уточнить его гранулометрический состав и, соответственно, требуемый состав песчано-гравийной обсыпки. При сооружении самотечных дренажей работы следует начинать с прокладки сбросных линий, соединяющих дренажные сети с открытыми водоприемниками или существующими коллекторами ливневой канализации. При необходимости подачи дренажной воды на повышенные отметки строительство дренажной системы начинается с устройства насосной станции и водоотвода.
Габарит дренажных устройств, расстояния между ними, степень перфорации дренажных труб, материалы, из которых они изготовлены, состав и число слоев песчано-гравийной обсыпки определяются проектом.
Для трубчатых дренажей применяют трубы керамические канализационные (ГОСТ 286—82), асбестоцементные безнапорные, асбестоцементные напорные типа ВТ (ГОСТ 539—80*), бетонные ТБ (ГОСТ 20054—82), железобетонные РТ, чугунные канализационные и трубофильтры из пористого бетона (ВСН 13-77 МЭнЭ). Материал труб выбирают исходя из глубины заложения дрен и агрессивности среды. В условиях агрессивных для цемента грунтовых вод применяют керамические и чугунные трубы. В неагрессивной среде могут применять трубы из любого указанного выше материала с учетом глубины заложения дрен (табл. 111.6).
Чугунные и железобетонные трубы могут быть заложены на любую глубину, которая практически имеет место при устройстве дренажных систем (обычно не более 15...20 м).

Насосные агрегаты

Электронасосы типа ГНОМ. Они наиболее приспособлены для открытого водоотлива и предназначены для откачивания воды при температуре до 35 °С с водородным показателем рН 5...10, плотностью до 1100 кг/м3, при содержании в воде тверды» механических примесей до 10 % по массе с максимальным размером до 5 мм (включительно). Электронасосы устанавливают на дне выработки вертикально.
Для выбора электронасоса типа ГНОМ рекомендуется использовать данные, приведенные в табл. II 1.1.
Консольные электронасосные агрегаты типа К- Они предназначены для откачивания чистой воды с содержанием неханических примесей по объему не более 0,1 % и размерами частиц до 0,2 мм.
Агрегаты типа К можно эксплуатировать как в закрытых помещениях, так и вне их под навесами при температуре окружающего воздуха —15 °С...+35 °С. В зависимости от условий монтажа и эксплуатации напорный патрубок насосов может быть повернут на 90, 180 и 270°. Смазка подшипников — жидкая. Концевое уплотнение — сальникового типа.
Для выбора электронасоса типа К рекомендуется использовать данные, приведенные в табл. III.2.
Моноблочные электронасосные агрегаты типа КМ. Агрегаты типа КМ, горизонтальные, одноступенчатые, консольного типа, с рабочим колесом одностороннего входа, применяют в тех же условиях, что и насосы типа К.
Для выбора моноблочного насосного агрегата рекомендуется использовать данные, приведенные в табл. III.3.
Центробежные насосы двустороннего входа. Эти насосы, горизонтальные, одноступенчатые, с полуспиральным подводом жидкости к рабочему колесу, с горизонтальным разъемом корпуса, с выносными подшипниками качения, предназначены для перекачивания воды с температурой до 85 "С, содержащей не более 0,05 % по массе твердых включений максимальным размером 0,2 мм. Привод насоса — от электродвигателя через упругую муфту. Эти насосы применяют для открытого водоотлива в тех случаях, когда требуется большая производительность — 160.., ...2000 м3/ч — по откачиваемой воде.
Насосы для загрязненных жидкостей. Динамические насосы для сточных жидкостей типа СД (табл. 111.4) предназначены для перекачивания загрязненных жидкостей с водородным показателем рН 6...8, плотностью до 1050 кг/м3 и содержанием не более 1 % абразивных частиц размером до 5 мм.

Область применения

Открытый водоотлив может быть применен в любых грунтах вне зависимости от их водно-физических свойств. Он осуществляется из специальных водосборников и зумпфов, в которые по водостокам поступает вода, фильтрующаяся через дно и стенки выработки.
Высачивание подземной воды может привести к оплыванию откосов, разрыхлению грунта в основании соружения.
Учитывая это, открытый водоотлив следует применять в следующих грунтах:
гравийных, галечниковых, полускальных и скальных, разработка которых ниже УПВ не вызывает потери устойчивости этих грунтов;
малоустойчивых (песчаных, глинистых) при разработке относительно небольших и неглубоких выемок, а при разработке крупных котлованов — с устройством дренажных пригрузок, ограждений и организацией других мероприятий, предохраняющих откосы выработки от оплывания, а ее дно — от разрыхления.
Для обеспечения сухих условий работы разработку глубоких котлованов целесообразно выполнять ярусами. Разработке каждого яруса предшествует проходка траншеи глубиной, превышающей глубину яруса. В траншее устраивают зумпф для сбора фильтрующейся воды.
При откачке воды погружным грязевым электронасосом типа ГНОМ его опускают непосредственно в зумпф, а присоединенную к напорному патрубку насоса сбросную линию (трубу, рукав) выводят за пределы выработки. В случае использования надводного насосного агрегата (двустороннего входа, типа К, КМ или СД) его устанавливают на поверхности земли в непосредственной близости от зумпфа. При выборе марки насосного агрегата следует исходить из притока воды, глубины выработки и расчетного гидравлического сопротивления сбросной линии.
Всасывающий трубопровод надводного агрегата должен быть герметичен, не иметь резких перегибов, кален большой кривизны, чередования подъемов и спусков и быть по возможности коротким. На свободном, опущенном в воду конце всасывающего трубопровода следует устанавливать приемный (обратный) клапан. Для всех (в том числе и погружных) насосных агрегатов на напорном трубопроводе обязательна установка регулирующей задвижки и обратного клапана. Диаметры напорного и всасывающего трубопроводов должны быть не меньше диаметров соответствующих патрубков насосов.
При использовании для открытого водоотлива одного работающего насосного агрегата необходимо предусмотреть один резервный агрегат. Если водоотлив осуществляется несколькими насосными агрегатами, число резервных должно составлять 50 % числа работающих.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Процесс водопонижения делится на две стадии: стадию снижения уровня подземных вод (УПВ) до заданной по условиям строительства глубины и стадию поддержания УПВ в течение необходимого времени на этой глубине. Задачей строительного водопонижения может быть также снятие избыточного напора в водоносных грунтах, отделенных от котлована водоупором.
Понижение уровня подземных вод достигается открытым водоотливом, устройством дренажа, применением легких и эжекторных иглофильтровых установок, а также скважинами, оборудованными насосами.
Существует три основных метода водопонижения: гравитационный, вакуумный и электроосмотический.
Силы гравитации действуют во всех случаях строительного водопонижения. При использовании иглофильтрового и скважин-ного водопонижения может быть применен вакуумный метод, а при использовании легких иглофильтровых установок — электроосмотический метод.
Часто применяют комбинированные решения с одновременным или последовательным использованием двух или нескольких способов водопонижения.
Совокупность определенным образом расположенных устройств и средств, предназначенных для приема, откачки и отвода подземных вод в строительный период, составляет водопонизи-тельную систему. Водопонижение осуществляется линейными (однорядными и двухрядными), кольцевыми, неполнокольцевы-ми, систематическими, ярусными, групповыми и другими системами.
Строительное водопонижение выполняют по проекту, составленному как часть основного проекта производства работ.
При производстве водопонизительных работ на крупных объектах следует вести постоянные наблюдения за оседанием земной поверхности, осадками сооружений и их деформациями. В отдельных случаях возникает необходимость в регламентировании водопонизительных работ с целью обеспечения мер по сохранности сооружений и их нормальной эксплуатации. При производстве водопонизительных работ скважины не следует располагать вблизи существующих фундаментов во избежание ме-

стных уплотнений грунта, которые могут возникнуть в процессе бурения скважин. Следствием водопонижения может быть разрыхление грунтов строительной площадки. Этот процесс должен быть предотвращен, например, применением фильтрующих при-грузок на откосе котлована, каптажем фильтрационного потока в осушаемом котловане канавками и траншеями.
В процессе использования водопонизительных установок необходимо соблюдать определенные правила.
По окончании монтажа над местом расположения насосной установки или оголовка водопонизительной скважины устраивают будку, предохраняющую механизмы и приборы от воздействия погодных условий.
В зимнее время принимают следующие меры: будки утепляют; при небольших расходах откачиваемой воды коллектор всасывающей системы иглофильтровой установки и сбросную линию любой установки утепляют коробами с опилками; откачку воды по возможности выполняют круглосуточно и без перерыва; в случае вынужденной и продолжительной остановки работ воду сливают из всех установок, рукавов и трубопроводов; при образовании во всасывающей системе или сбросной линии ледяных пробок их удаляют до включения насосного агрегата.
К насосной установке и всасывающей системе должен быть обеспечен свободный и безопасный подход.
Перед пуском насосной установки необходимо проверить правильность подключения ее электродвигателя к сети по направлению вращения его вентилятора (против часовой стрелки при виде на электродвигатель с тыльной стороны) и легкость вращения вручную ротора электродвигателя и рабочего колеса центробежного насоса.
К работам по монтажу, эксплуатации и демонтажу водопонизительных установок могут быть допущены лишь рабочие, прошедшие инструктаж по технике безопасности.