§ III.2. ВОДОПОНИЖЕНИЕ КАК СРЕДСТВО ВОДОЗАЩИТЫ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ФУНДАМЕНТОВ

III.2.1. Общие сведения

Применение открытого водоотлива в котлованах, вскрываемых в мелкозернистых грунтах, приводит к разрыхлению основания сооружения. В этих случаях прибегают к искусственному понижению уровня грунтовых вод (грунтовому водоотливу), исключающему просачивание грунтовых вод через откосы и дно котлована. Достигается это откачкой грунтовой воды из системы трубчатых колодцев, скважин, иглофильтров, обеспечивающей снижение уровня грунтовых вод ниже дна предполагаемой выработки (котлована, траншеи).

Грунтовый водоотлив может быть применен в весьма разнообразных гидрогеологических условиях. Он имеет большие преимущества перед открытым водоотливом: отпадает необходимость устраивать пологие откосы или забивать шпунтовые ограждения, создаются благоприятные условия для широкой механизации строительных работ, сокращается продолжительность строительства, повышается качество.

Выбор способа водопонижения и типа применяемого при этом оборудования производится в зависимости от глубины разработки котлована, инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки, сроков строительства, конструкции сооружений и технико-экономических показателей.

Водопонизительные работы при грунтовом водоотливе могут выполняться с использованием легких иглофильтровых установок, эжекторных иглофильтровых установок, водопонизительных скважин, снабженных различным насосным оборудованием.

При осушении глинистых грунтов (супесей, суглинков), когда обычные способы водопонижения оказываются недостаточно эффективными, применяют специальные способы водопонижения — вакуумирование или электроосушение. В этих случаях наряду с насосным оборудованием для откачки воды используют вакуум-насосы для откачки воздуха при вакуумировании, а при электроосушении применяют генераторы постоянного тока.

III.2.2. Описание схем водопонижения и проектирования водопонизительных установок

Как и при расчетах притока воды в котлованы, контурные схемы водопонизительных установок приводятся к равновеликому кругу радиуса r₀, см. формулы (III-1) и (III-1,а).

Расчет притока воды к водопонизительным установкам также производится для двух горизонтов воды в реке или водоеме — меженного и паводкового. Для упрощения расчетов неоднородная толща грунтов рассматривается как однородная; приведенное значение коэффициента фильтрации определяется по формуле (III-2). При расчете контурных водопонизительных установок определяют:

• – дебит установки, при котором в пределах заданного контура обеспечивается заданное понижение уровня грунтовых вод (в безнапорных водах) или напора (в напорных водах);
• – необходимое количество и глубину заложения скважин или иглофильтров для захвата расчетного количества воды.

Для котлованов, разрабатываемых в безнапорных водах, общий дебит совершенных колодцев, расположенных по периметру котлована (рис. III-7), может быть определен по формуле

Глубина воды в колодцах находится из выражения

Для котлованов, разрабатываемых в напорных пластах, общий дебит совершенных колодцев, расположенных по периметру котлована (рис. III-8), вычисляется по формуле

Глубина воды в колодцах определяется по формуле

В формулах (III-1)—(III-10):

Q — общий дебит, м³/сут;

K — коэффициент фильтрации, м/сут;

H — толщина безнапорного водоносного пласта или высота непониженного пьезометрического уровня над водоупором, м;

h_к — высота пониженного [для формул (III-7), (III-8)] статического, для формул (III-9), (III-10) — пьезометрического уровня грунтовых вод в центре участка, считая от нижнего водоупора, м;

R — радиус влияния при работе водопонизительной установки, м;

r₀ — приведенный радиус водопонизительной установки, м;

m — толщина напорного водоносного слоя, м;

h₀ — глубина воды в колодцах, м;

n — число колодцев;

l — расстояние между соседними колодцами по окружности радиусом r_c м;

r_c — радиус колодцев, м.

Радиус влияния котлованов и кольцевых водопонизительных установок приближенно может быть подсчитан по формуле И.П. Кусакина

где R — расчетный радиус влияния, м;

S — понижение в центре котлована или водопонизительной установки, м;

Н — толщина водоносного слоя, м;

k — коэффициент фильтрации, м/сут.

С учетом продолжительности откачки радиус влияния определяется по формуле

где t — время, истекшее с начала откачки, сут;

μ — коэффициент водоотдачи грунта.

Расчетную продолжительность откачки t для иглофильтровых установок принимают равной 2—5 суткам. Ориентировочные значения коэффициента водоотдачи приводятся ниже.

Коэффициент фильтрации грунта, м/сут	Коэффициент водоотдачи
1 — 10	0,12—0,18
10—50	0,18—0,22
50—100	0,22—0,24

Если расстояние l₁ от центра котлована или водопонизительной установки до линии уреза воды в водоеме меньше радиуса влияния, полученного по формулам (III-11) и (III-12), то в выражениях (III-3)—(III-7) и (III-9) вместо R принимается 2l₁.

Задача расчета контурной водопонизительной установки решается подбором. Вначале задаются некоторым числом скважин n в установке и понижениями уровня воды в них (принимая при этом радиус скважин r_c по конструктивным соображениям) и по формулам (III-7) или (III-9) определяют общий дебит установки и каждой скважины Q´ = Q/n. Затем по формулам (III-8) или (III-10) находят высоту пониженного уровня в центре участка.

Варьируя числом скважин и понижениями, останавливаются на такой схеме, при которой в центре поля обеспечивается заданное положение уровня грунтовых вод.

Дебит каждой скважины Q´ должен быть равным или несколько меньшим водозахватной способности скважин f, т.е. Q´f.

Водозахватная способность скважин определяется по формуле

где f — водозахватная способность скважины, м³/сут;

l₀—длина водоприемной части (фильтра) скважины, м;

v_ф — допустимая входная скорость фильтрации, м/сут.

Величина v_ф может быть приближенно подсчитана по формуле С.К. Абрамова

где v_ф— входная скорость фильтрации, м/сут;

k — коэффициент фильтрации водоносного пласта, м/сут.

Длина и диаметр фильтра определяются дебитом трубчатого колодца, условиями залегания водоносных горизонтов и характером водосодержащих пород с учетом размещения в колодце соответствующего водоподъемного оборудования.

Наружный диаметр фильтра может быть высчитан по формуле

Наружный диаметр d скважины отсчитывают: в дырчатом и щелистом фильтрах — от наружной поверхности фильтровой трубы; в сетчатом фильтре — от наружной поверхности фильтра; в проволочном фильтре — от наружной поверхности проволочной обмотки; в гравийном фильтре — от наружной поверхности фильтрующей обсыпки.