III.2.3.г. Установка вакуумного водопонижения

Для вакуумного водопонижения предназначены установки УВВ-1м и УВВ-2. Они используются для осушения мелкозернистых грунтов (пылеватых и глинистых песков, супесей, легких суглинков, илов, лессов). Установки типа УВВ-1м можно применять для грунтов с коэффициентом фильтрации не выше 3 м/сут, установки типа УВВ-2 — для грунтов с коэффициентом фильтрации не выше 10 м/сут. Установки обоих типов можно использовать, когда коэффициент фильтрации грунтов не ниже 0,01 м/сут.

Одноярусные двухрядные (или кольцевые) установки обоих типов способны понижать уровень грунтовых вод между рядами на глубину до 7 м от поверхности земли. Высокая эффективность установок определяется тем, что они работают с вакуумом в приемных звеньях иглофильтров 0,04—0,06 МПа. Наличие вакуума приводит к просачиванию к приемным звеньям не только грунтовой воды, но и воздуха из атмосферы.

Насосные агрегаты установок УВВ-1м и УВВ-2 способны откачивать нужное количество воды и воздуха при высоких (до 0,09 МПа) вакуумах во всасывающих коллекторах. При необходимости осушения грунтов, коэффициент фильтрации которых допускает применение установок обоих типов, предпочтение следует отдавать установкам УВВ-1м при больших масштабах осушительных работ и длительных сроках откачки и установкам УВВ-2 при производстве работ на средних и малых объектах и частых перемещениях установок с одной позиции на другую.

В комплект установки УВВ-1м (рис. III-16) входят насосный агрегат; 24 звена всасывающего коллектора диаметром 150 мм, длиной по 4,5 м; 100 легких иглофильтров, снабженных воздушными трубками; сбросная линия длиной 20 м.

Насосный агрегат включает в свой состав ротационный вакуумный насос ВВН-12 с электродвигателем АО2-72-4, центробежный насос 1 1/2 К-6а с электродвигателем АО2-21-2, приемную и распределительную камеры и другие вспомогательные устройства. Суммарная мощность электродвигателей агрегата 30 кВт. Насосный агрегат установки весит 15 кН, полный комплект оборудования 90 кН.

В комплект установки УВВ-2 (рис. III-17) входят насосный агрегат, 12 звеньев коллектора диаметром 150 мм, длиной по 4,5 м и 50 легких иглофильтров. Насосный агрегат установки состоит из трех блоков. Одним из них является приемное звено коллектора, жестко связанное с водо-водяным эжектором, вторым — водообменный бак с вмонтированным в него воздушным и грязевым эжекторами, третьим — блок, состоящий из центробежного насоса 6К-8 с электродвигателем АО2-72-4 мощностью 30 кВт. Блоки объединяются в единую систему резиновыми рукавами.

Рабочие характеристики водовоздушного и водо-водяного эжекторов, определяющие зависимость откачиваемых ими расходов воды от величины вакуума в приемном звене, показаны на рис. III-18, а, б. Вес насосного агрегата (входящих в него блоков и коммуникаций) 16 кН. Вес полного комплекта оборудования 50 кН.

Для водопонижения в сложных гидрогеологических условиях применяются эжекторы, вакуумные водопонизительные установки (ЭВВУ) с концентрическим водоприемником [2]. Благодаря наличию кольцевого вакуумного водоприемного зазора, который образуется между фильтровой оболочкой и концентрически расположенным в ней эжекторным водоподъемником, полость последнего имеет непосредственный контакт со всеми осушаемыми слоями грунта.

Установка ЭВВУ предназначена для осушения водоносных горизонтов, состоящих из слабопроницаемых, слоистых и различной проницаемости грунтов толщиной 7—25 м. Одна установка защищает 90 м периметра котлована от притока грунтовых вод.

В комплект установку входят: 30 вакуумных концентрических водоприемников для осушения слоистых грунтов и 30 эжекторных иглофильтров для осушения однородных грунтов, циркуляционный резервуар, основной и резервный насосы, напорно-распределительный трубопровод, сливной и сбросной коллекторы (рис. III-19).

Вакуумный концентрический водоприемник (рис. III-20) состоит из эжекторного водоприемника с рабочими органами, фильтровой оболочки, надфильтровой трубы, соединительных муфт, направляющих фонарей и уплотнительного устройства. В качестве фильтровой оболочки использован фильтр из профилированной узкой стальной оцинкованной ленты. Прочностные характеристики ленточных фильтров следующие: предельные нагрузки на осевое сжатие 5—6 кН, на боковое сжатие 20 кН на 1 м, на осевое растяжение 2,8—3 кН. Изготовление ленточных фильтров освоено на московском заводе «Металлорукав».

Установка оборудована двумя насосами марки 6МС7 с электродвигателем мощностью 75 кВт, производительностью 175 м³/ч при напоре воды 86 м. Циркуляционный резервуар объемом не менее 4,5 м³ изготовлен из листовой стали. Напорно-распределительный трубопровод состоит из отдельных звеньев длиной по 6 м с соединительными фланцами и патрубками, через которые подается рабочая вода к эжекторам. Сливной коллектор монтируют из стальных или фанерных труб либо устраивают лотки.

Установка ЭВВУ работает так: из циркуляционного резервуара вода забирается рабочим насосом и под давлением через распределительный трубопровод подается в межтрубное пространство эжектора. Отсюда вода поступает к рабочим органам эжектора и, вытекая с большой скоростью из сопла насадки в горловине диффузора, в результате внезапного расширения струи создает разрежение.

Расположенная между насадкой и горловиной диффузора вакуумная зона сообщается с внутренней полостью фильтра. Вода, засасываемая из грунта в эту полость, попадает вместе с рабочей водой в сливной коллектор. Отсюда она поступает в циркуляционный резервуар. Часть воды из резервуара отводится за пределы строительной площадки, а другая часть вновь поступает в насос для питания эжекторов.

Если расход грунтовой воды, поступающей в зону осушения, больше, чем циркуляционной, прием грунтовой воды в эжектор происходит без вакуума. В тех случаях когда расход поступающей из грунта воды меньше, чем циркуляционной, отсос воды из грунта происходит под вакуумом.

Отношениям расхода воды, поступающей из грунта, к расходу циркуляционной воды, равным 1; 0,75; 0,5; 0,25; 0, соответствуют величины вакуума 0; 0,06; 0,08; 0,09; 0,1 МПа, возникающего в зоне смешения эжектора. В случае прорыва в эжектор атмосферного воздуха эти величины уменьшаются и при потоке воздуха, движущегося со скоростью более 1,5 м/с, вакуум в эжекторе не развивается. В связи с этим необходимо принимать такое расположение вакуумных концентрических скважин, при котором минимальное расстояние от их фильтровой части до поверхности откосов или дна котлована составляло не менее 3  м.

Бурить скважины в слабопроницаемых и слоистых грунтах следует под защитой обсадных труб диаметром не менее 219 мм. Проходка скважин с использованием глинистого раствора вместо обсадных труб не допускается.

Гранулометрический состав материала обсыпки фильтра подбирают из условия

.

Рекомендуется также соблюдать условие K_об > K_гр,

где D₅₀ и d₅₀ — размеры частиц, меньше которых в материале обсыпки (D₅₀) и в грунте водоносного слоя (d₅₀) содержится по 50% их массы;

K_об и K_гр — соответственно коэффициенты фильтрации материала обсыпки и грунта.