ВОДООТЛИВ И ПОНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД

Выемки от поверхностных вод защищают путем устройства водоперехватывающих нагорных и водоотводящих канав или си­стемы дренажей. Продольный уклон лотков или канав назначают в зависимости от рельефа местности и принимают равным не менее 0,003. На размеры лотков или канав и на методы их ук­репления влияют приток воды и скорость течения.
Водоотлив применяют при незначительном притоке воды в выемки. Осушение выемки открытым водоотливом заключается в том, что при разработке котлована в водоносном грунте по­дошве выемки придают небольшой уклон (рис. V.3) к устраиваему в самой пониженной части приямку (зумпфу), из которого воду откачивают насосами поршневым, диафрагмовым или центро­бежным, и отводят по лоткам или водоотводным канавам от выемки. Затем разработку котлована ведут наклонными слоя­ми с заглубленным зумпфом.
При разработке траншей зумпф устраивают в специальном отсеке траншеи, называемом усом.

Выемки от поверхностных вод защищают путем устройства водоперехватывающих нагорных и водоотводящих канав или си­стемы дренажей. Продольный уклон лотков или канав назначают в зависимости от рельефа местности и принимают равным не менее 0,003. На размеры лотков или канав и на методы их ук­репления влияют приток воды и скорость течения.
Водоотлив применяют при незначительном притоке воды в выемки. Осушение выемки открытым водоотливом заключается в том, что при разработке котлована в водоносном грунте по­дошве выемки придают небольшой уклон (рис. V.3) к устраиваему в самой пониженной части приямку (зумпфу), из которого воду откачивают насосами поршневым, диафрагмовым или центро­бежным, и отводят по лоткам или водоотводным канавам от выемки. Затем разработку котлована ведут наклонными слоя­ми с заглубленным зумпфом.
При разработке траншей зумпф устраивают в специальном отсеке траншеи, называемом усом.
Открытый водоотлив используют в глинистых и песчаных пылеватых грунтам с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сут. Применение его ограничено из-за того, что в выемке практически всегда присутствует вода, усложняющая производство работ и нарушающая устойчивость грунтового массива.
Искусственное понижение уровня грунтовых вод является бо­лее совершенным, но и более сложным методом борьбы с их притоком в выемку. Понижение уровня грунтовых вод обеспечи­вают путем непрерывной откачки из специальных скважин, окан­чивающихся ниже дна выемки.
В грунтах с высоким коэффициентом фильтрации (более 2 м/сут) можно понизить уровень грунтовых вод: легкими иглофильтровыми установками; эжекторными иглофильтрами; водопонижающими скважинами, оборудованными глубинными насоса­ми; скважинами, сбрасывающими воду в нижележащие поглоща­ющие слои или в специальные выработки, и др.
Иглофильтровые установки состоят из ряда стальных труб, погружаемых в грунт по периметру котлована или вдоль тран­шеи. К нижней части трубы присоединено звено для фильтра, состоящее из наружной перфорированной и внутренней глухой труб.       
 
 

Схема открытого водоотлива
V.3. Схема открытого водоотлива
а — из котлована; 6 — из траншеи; 1 — зумпф; 2 — ус
 

Схема размещения иглофильтровых установок
V.4. Схема размещения иглофильтровых установок
а —для котлована; б — для траншеи; в — схема работы клапанов фильтрующего звена при погружении в грунт и в процессе откачки воды; 1 — насосы; 2 — кольцевой отсасывающий коллектор; 3 — депрессионная кривая; 4 — фильтрующее звено; 5 — фильтрационная сетка-6 —наружная труба; 7 —внутренняя труба; 8 —кольцевой клапан; 9 — гнездо кольцевого клапана; 10 — шаровой клапан; 11 — ограничитель
 
Наружная труба внизу имеет наконечник с шаровым и кольцевым клапанами (рис. V.4). На поверхности земли игло­фильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке (обеспеченной резервными насосами). При работе на­сосов уровень воды в иглофильтрах понижается, и из-за дрени­рующих свойств грунта он понижается и в окружающих грунтовых слоях, образуя новую границу уровня грунтовых вод, назы­ваемую депрессионной кривой. Иглофильтры погружают в грунт через буровые скважины или путем нагнетания в трубу игло­фильтра воды под давлением до 0,3 МПа (гидравлическое по­гружение). Поступая ,к наконечнику, вода опускает шаровой клапан, а кольцевой клапан, отжимаемый при этом кверху, за­крывает зазор между внутренней и наружной трубами. Выходя из наконечника под давлением, струя воды размывает грунт и обеспечивает погружение иглофильтра. Когда вода всасывается из грунта через фильтровое звено, клапаны занимают обратное положение: шаровой клапан за счет разрежения поднимается, а кольцевой опускается, открывая воде, профильтровавшейся в за­зор между обеими трубами фильтрового звена, путь в открытый снизу конец внутренней трубы.
Применение иглофильтровых установок наиболее эффективно в чистых песках и песчано-гравелистых грунтах. Наибольшее по­нижение уровня грунтовых вод, достигаемое в средних условиях одним ярусом иглофильтров, составляет около 5 м. При большей глубине понижения применяют двухъярусные установки.
Эжекторные иглофильтровые установки (рис. V.5) и глубин­ные насосы используют при разработке больших выемок и при необходимости понижения уровня грунтовых вод на глубину 20 и 30 м (при одноярусном понижении).
Фильтровое звено эжекторного иглофильтра устроено по прин­ципу легкого иглофильтра, а надфильтровое звено состоит из на­ружной и внутренней трубы с эжекторной насадкой. Рабочую во­ду под давлением 750…800 кПа подают в кольцевое пространство между внутренней и наружной трубами, и через эжекторную на­садку она устремляется вверх по внутренней трубе. В результате резкого изменения скорости движения рабочей воды в насадке создается разрежение и тем самым обеспечивается подсос грунтовой воды. Грунтовая вода смешивается с рабочей и на­правляется в циркуляционный бак. Из циркуляционного бака из­быток воды (за счет поступления грунтовой) откачивается низко­напорным насосом или сливается самотеком.
В эжекторной иглофильтровой установке вакуум создается в глубине иглофильтра, что обеспечивает более интенсивный отсос воды и имеет исключительно важное значение при осушении грунтов с незначительной фильтрационной способностью. Один -ярус иглофильтров позволяет уменьшить размеры котлована или траншеи, а следовательно, и объем земляных работ.
Для расширения области применения иглофильтровых уста­новок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут ис­пользуется явление электроосмоса. В этом случае наряду с игло­фильтрами в грунт на расстоянии 0,5…1 м от иглофильтров в сторону котлована погружают стальные трубы или стержни (рис. V.6). Иглофильтры подключают к отрицательному, а трубы или стержни — к положительному полюсу источника постоянного тока. Напряженность электрического поля 0,5…1 В/см, а плотность тока
Схема эжекторной установки
 
V.5. Схема эжекторной установки
а —эжекторная установка; б —схема дей­ствия иглофильтра; 1 — эжекторный игло­фильтр; 2 — напорный коллектор; 5 — цен­тробежный насос; 4 — циркуляционный бак; 5 — сливной коллектор; 6 — иизконапориый насос; 7 — внутренняя труба; 8 — наружная труба; 9 — рабочая вода; 10—эжекторная насадка; 11 — грунтовая вода; 12 — фильтровое звено
 
Схема водопонижения с использованием электроосмоса
 
V.6. Схема водопонижения с использованием электроосмоса
1 — иглофильтр;    2 — сборный   коллектор; 3 — стальная труба
 
1 А/м2. Под действием электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается в сторону иглофилЬтров. За счет движения этой воды коэффициент фильтрации грунта увеличивается в 5…25 раз.
Для понижения уровня грунтовых вод на глубину более 20 м применяют водопонижающие скважины Скважины устраивают в обсадных трубах диаметром до 400 мм и оборудуют фильтрами. Воду из скважин откачивают высоконапорными насосами.