Глава III. ВОДОЗАЩИТНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

§ III.1. СПОСОБЫ ОСУШЕНИЯ КОТЛОВАНОВ

Для возведения фундаментов промышленных, гражданских, гидротехнических и других зданий и сооружений отрываются различные по профилю и размерам в плане котлованы. В тех случаях когда дно котлована располагается ниже уровня грунтовых вод, для производства строительных работ в таких котлованах необходимо принимать меры по их осушению. Осушение котлованов может осуществляться откачкой притекающей воды непосредственно из котлована (открытый водоотлив) либо искусственным понижением уровня грунтовых вод специальными водопонизительными установками.

III.1.1. Проектирование и организация работ по открытому водоотливу

При вскрытии котлованов в скальных, обломочных и гравийно-галечных грунтах применяется, как правило, открытый водоотлив. В мелкозернистых грунтах открытый водоотлив приводит к оплыванию откосов котлована, разрыхлению грунта в основании сооружения.

Для определения величины притока грунтовых вод выделяют следующие виды котлованов:

• – траншеи и узкие вытянутые котлованы прямоугольной в плане формы;
• – широкие котлованы квадратной, прямоугольной, круглой и других распластанных в плане форм.

К первой группе относятся котлованы с отношением ширины к длине 1 : 10 и менее, а ко второй — большим 1 : 10.

При расчетах для простоты принимается, что котлованы имеют вертикальные откосы. Котлованы, не вытянутые в длину, приводятся к фиктивному равновеликому кругу радиусом r₀. Значения приведенного радиуса для котлованов, имеющих в плане прямоугольную форму, подсчитываются по формуле Н.К. Гиринского:

,

(III-1)

где L — длина котлована, м; В — ширина котлована, м.

Значения η приводятся ниже.

Для котлованов неправильной формы в плане значение r₀ определяется по формуле

,

(III-1а)

где F — площадь реального котлована, м².

Расчет притока воды в котлованы производится по формулам установившегося движения грунтовых вод. Максимальный приток получается при паводковом горизонте воды в реке, минимальный — при меженном.

Если котлован прорезает слои грунта различной водопроницаемости, то при соотношении коэффициентов фильтрации отдельных слоев, не превышающем 1 : 10, определяется средневзвешенное значение коэффициента фильтрации k по формуле Г.Н. Каменского:

,

(III-2)

где h₁, h₂, …, h_n — толщина отдельных слоев, м;

k₁, k₂, …, k_n — коэффициенты фильтрации этих слоев, м/сут.

При больших соотношениях коэффициентов фильтрации слои с малым коэффициентом из расчетов исключаются.

Котлованы могут быть совершенными, т.е. доходящими до нижнего водоупора и принимающими воду только через стенки, и несовершенными, т.е. не доходящими до нижнего водоупора с притоком воды через стенки и дно или только через дно.

В зависимости от гидравлического состояния водоносного пласта котлованы разрабатываются в условиях безнапорных (случай, наиболее часто встречающийся в практике) или напорных вод.

Для совершенных котлованов расчет притока воды может быть произведен по несколько преобразованным формулам Дюпюи [1]:

в условиях безнапорных вод (рис. III-1, а)

;

(III-3)

в смешанных условиях (при наличии двух зон — напорной и безнапорной) (рис. III-1, б):

.

(III-4)

В том случае когда котлован не доходит до нижнего водоупора (несовершенные котлованы), приток воды в напорных условиях (рис. III-2) может быть высчитан по формуле В.М. Шестакова

;

(III-5)

Приток воды к несовершенному котловану при его работе в безнапорных условиях (рис. III-3) может быть определен по формулам (III-3) и (III-5), при этом приток выше дна котлована рассматривается как безнапорный к совершенному котловану, а поступающий через дно — как напорный; расчетная формула для этого случая приобретает вид

;

(III-6)

В формулах (III-3)—(III-6):

Q — приток воды в котлован, м³/сут;

k — коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут;

Н — толщина безнапорного водоносного пласта, м;

R — радиус депрессии при работе котлована или соответственно среднее расстояние до него от реки (при наличии гидравлической связи напорного пласта с рекой), м;

r₀ — приведенный радиус котлована, м;

m — толщина напорного водоносного пласта, м;

S — заглубление дна котлована относительно непониженного уровня [статического для формулы (III-6), пьезометрического — для формул (III-4) и (III-5)], м.

Как правило, величины коэффициента фильтрации отдельных слоев грунта определяются в процессе инженерных гидрогеологических изысканий. Для предварительных расчетов притока воды в котлованы можно пользоваться ориентировочными значениями коэффициента фильтрации грунтов k, приведенными ниже.