19.2.3. Открытые водопонизительные скважины
Открытые (сообщающиеся с атмосферой) водопонизительные скважины применяются для водопонижения в нескальных грунтах с коэффициентом фильтрации 2 м/сут и более; они применяются также и нескальных грунтах с коэффициентами фильтрации менее 2 м/сут и в скальных, если опытные данные подтверждают эффективность такого применения.
Применяются следующий виды открытых водопонизительных скважин: скважины, оборудованные насосами; сквозные фильтры, с помощью которых подземные воды из всех прорезаемых скважинами водоносных слоев сбрасываются в подземные дренажные галереи; самоизливающиеся скважины с изливом воды через устье; водопоглощающие скважины, с помощью которых подземные воды из осушаемого слоя сбрасываются в другой, лежащий ниже слой.
Скважины, оборудованные насосами (рис. 19.9), применяются в разных условиях. Скважинные насосы используются в основном с погружным электродвигателем или с двигателем, установленным на поверхности, и вертикальным трансмиссионным валом. При необходимости (например, при отсутствии электроэнергии) могут быть использованы и другие типы водоподъемников (эрлифты, гидроэлеваторы, поршневые насосы).
Основным конструктивным элементом таких водопонизительных скважин обычно является фильтровая колонна, состоящая из фильтра, отстойника, длина которого принимается 2—5 м, и защитных (надфильтровых) труб, внутри которых, по возможности выше фильтра, размещается насос. Размещение, при необходимости, погружного электродвигателя ниже фильтра возможно лишь при выполнении устройств, обеспечивающих циркуляцию охлаждающей воды вокруг двигателя. Типоразмер фильтровой колонны рекомендуется принимать следующий за минимально допустимым для выбранного насосного агрегата. Зазор между фильтровой колонной и стенками скважины заполняется песчано-гравийной обсыпкой из одного или двух слоев. В бесфильтровых скважинах участок, где устанавливается насос, и выше до поверхности земли закрепляется глухими трубами.
Скважины, оборудованные насосом, должны быть снабжены манометром, задвижкой, обратным клапаном, краном для отбора проб воды и водомерным устройством. В системах водопонизительных скважин, работающих в практически одинаковых гидрогеологических условиях, часть из них (не менее чем одна на десять скважин) должна быть оборудована пьезометрическими трубами в фильтровой колонне и в затрубном пространстве для замеров уровней воды.
Оголовок водопонизительной скважины, проектируемой на срок эксплуатации более 1 года, рекомендуется располагать в заглубленной камере или в наземном павильоне.
Бесперебойность электроснабжения скважинных насосов принимается по II категории. Для насосных скважинных установок следует предусматривать автоматизацию работы оборудования (в зависимости от уровня воды в скважинах) с сигнализацией об аварийном отключении на диспетчерский пункт или дистанционное управление.
Сквозные фильтры (рис. 19.10) целесообразно применять в тех случаях, когда технически возможно и экономически оправдано устройство подземных дренажных галерей. Конструкция сквозного фильтра при необходимости включает в себя фильтровую колонну (см. табл. 19.8) и песчано-гравийную обсыпку. Фильтровая колонна состоит из фильтров, устанавливаемых в нижней части каждого водоносного слоя, глухих труб, перекрывающих водонепроницаемые слои, оголовка, и выпуска. Оголовок должен возвышаться над поверхностью земли не менее чем на 0,5 м и иметь крышку, препятствующую попаданию в скважину посторонних предметов. Выпуск из сквозного фильтра оборудуется задвижкой и манометром.
Вокруг фильтровой колонны устраивается песчано-гравийная обсыпка.
Самоизливающиеся скважины с изливом воды через устье в зависимости от их назначения и условий выполнения могут быть вертикальными, горизонтальными или наклонными и применяются в тех случаях, когда возможен излив из них на более низкий уровень, чем требуемый пониженный уровень подземных вод.
Вертикальные или наклонные под небольшим углом к вертикали самоизливающиеся скважины (рис. 19.11, а), забуриваемые в лежащие ниже (по отношению к горизонту забуривания скважины) водоносные слои, используются для снижения избыточного напора, подземных вод и предохранения от нарушения устойчивости грунтов. Водоприемная часть скважины заглубляется в наиболее водообильную зону водоносного слоя, содержащего напорные воды. Ниже водоприемной части в скважине устраивается отстойник. Излив из устья следует направлять в водоотводящие лотки, трубопроводы или в сифонный коллектор.
Горизонтальные или расположенные под небольшим углом к горизонту самоизливающиеся дренажные скважины, устраиваемые с берм на откосах (рис. 19.11, б), предназначаются для забора воды из глубины грунтового массива. Такие скважины размещаются в подошве водоносных слоев вблизи их контакта с водоупорными слоями или в местах сосредоточенной фильтрации для ее прекращения и предотвращения суффозионного выноса грунтов через откосы котлованов и природные склоны.
В подземных дренажных галереях для усиления их водозахватной способности (в зависимости от гидрогеологических условий) применяются самоизливающиеся дренажные скважины любого направления (рис. 19.11, в).
Лучевые скважины, как правило, горизонтальные, а при необходимости наклонные применяются при горизонтальном залегании водоносных слоев. Эти скважины бурят из шахтных колодцев в радиальных направлениях (рис. 19.12).
При слоистом строении водоносной толщи лучевые скважины можно бурить из шахтных колодцев на разной глубине в каждый водоносный слой, в котором требуется понизить уровень подземных вод. Число гнезд в стенках колодцев для устройства лучевых скважин принимается в 1,5—2 раза больше расчетного числа лучей (на случай замены или устройства при необходимости дополнительных скважин). Лучевые водозаборы отличаются высокой производительностью. Их оборудуют обычно центробежными насосами с высоким КПД, устанавливаемыми в шахтном колодце.
Водопоглощающие скважины применяются в тех случаях, когда верхний осушаемый слой имеет достаточную толщину ниже той отметки, до которой требуется снизить уровень подземных вод, а лежащий ниже (поглощающий) слой имеет высокую поглощающую способность; если нижний слой водонасыщен, то необходимо, чтобы разность пьезометрических уровней подземных вод в верхнем и нижнем слоях была значительной. Ниже поглощающей части скважины устраивается отстойник. Скважина должна быть защищена от засорения и доступна для чистки ее с помощью бурового станка.