Основные способы водопонижения грунтовых вод и их описание
Проведение работ по водопонижению грунтовых вод обеспечивает нормальное функционирование строений и сооружений, а также способствует продуктивной хозяйственной деятельности.
Если в границах участка располагаются мощные водоносные горизонты, провести водопонижение необходимо перед началом строительства. Это позволит избежать прорыва плавунов, гарантирует устойчивость дна выработки и безопасность проведения хозяйственных и строительных работ.
О том, что такое водопонижение грунтовых вод, как понизить их уровень своими силами, расскажем в статье.
Что это такое?
Водопонижение – это комплекс мероприятий, направленных на снижение вредного влияния грунтовых вод на фундаментную основу зданий и сооружений.
Данные виды работ необходимы для того, чтобы:
В каких случаях уровень на участке необходимо понижать?
Работы по водопонижению необходимы при следующих условиях:
Как понизить своими руками — методы
Как избавиться от лишней влаги на участке? Сделать это можно собственными силами, без вызова профессиональной бригады со спецтехникой.
Можно выделить следующие основные методы проведения работ:
Естественный водоотлив
Естественное водопонижение уровня грунтовых вод производится следующими методами:
Открытый
Данный метод представляет собой систему траншей, расположенных вдоль фундамента дома, а также в тех местах участка, где наблюдается наибольшее скопление воды. Это самый простой и экономный способ устройства дренажа.
Глубина и количество канав зависит от степени увлажненности почвы. Выкопать эффективную дренажную канаву собственными руками помогут следующие советы:
Закрытый дренаж
Этот метод потребует больших усилий, но такая система будет более эффективна, она позволит охватить все проблемные зоны участка, на которых наблюдается наибольшее скопление воды.
Кроме того она:
Для ее обустройства собственными силами необходимо определиться с количеством канав и местом их расположения.
Последовательность действий по обустройству закрытого дренажа:
Принудительная откачка
Принудительный отвод грунтовых вод производится следующими способами:
Вакуумная
Вакуумная система используется при сложном грунте, который обладает неоднородностью, плохой водопроницаемостью. Данный метод основан на создании устойчивого вакуума на поверхности устройств для приемки воды.
Вакуумные установки используют на открытых котлованах и закрытых вакуумных водопонижающих скважинах, которые используются при залегании грунтовых вод на глубине от 10 до 30 метров. При глубине до 5 метров используется открытый способ откачки вакуумными установками. Он более экономичный и быстрый.
С использованием легких иглофильтровых установок
При неглубоком залегании подземных водопотоков, самым эффективным и экономичным методом их понижения является установка иглофильтров по всему периметру участка или вдоль котлована.
Такая технология позволяет осушить большие площади с минимальными затратами.
Основные этапы понижающих работ с использованием легких иглофильтров:
Если необходимо произвести работы на больших глубинах используются метод установки иглофильтров в несколько ярусов либо применяются другие технологии, такие как монтаж эжекторных иглофильтров (глубина до 10 метров), бурение вакуумных скважин (10-30 метров).
С применением эжекторных фильтров
Эжекторные иглофильтры дополнительно оборудованы подъемниками, коллекторами и центробежными насосными установками.
Для установки эжекторного оборудования в заранее смонтированную скважину, используют:
Понижение при помощи эжекторных иглофильтров состоит из следующих основных этапов:
При помощи глубинных насосов
Глубинные насосы монтируются в заранее пробуренные скважины. Это затратный метод, используемый для создания устойчивой депрессионной воронки в области строительного котлована при глубоком залегании грунтовых вод.
Последовательность действий при использовании глубинных насосов:
Забойное
Забойное водопонижение монтируется непосредственно в забойном тоннеле, проходящем над водонасыщенным грунтом.
Оборудование для забойного понижения:
Искусственный отвод на стройплощадке
Понижение грунтовых вод на строительной площадке проводится на начальном этапе строительства.
Выбор технологии будет зависеть от:
Способы:
Все, что необходимо знать об уровне грунтовых вод, найдете в этом разделе.
Заключение
Все методы понижения преследуют цель понизить уровень грунтовых вод для успешных строительных работ или проведения любой хозяйственной деятельности.
Выбор метода зависит от:
Что такое водопонижение в строительстве
Строительное водопонижение
Строительное водопонижение – искусственное понижение уровня грунтовых вод (УГВ) для создания более благоприятных и безопасных условий ведения горно-строительных работ. Под этим определением понимается отвод воды или ее удержание на расстоянии от места производства работ.
Расположение сооружений в котлованах, отметка дна которых располагается ниже уровня грунтовых вод, приводит к необходимости применения строительного водопонижения. Работы по водопонижению имеют своей целью либо понижение естественного уровня грунтовых вод, либо отвод поступающей в котлован воды различными способами, обеспечивающие его защиту от затопления.
Следовательно, главной задачей строительного водопонижения является создание и поддержание на период строительства инженерного объекта требуемой зоны осушенных пород, что позволяет вести горнопроходческие и горно-строительные работы в относительно благоприятных условиях.
В том случае, если уровень подземных вод находится ниже прорезаемых котлованом горных пород, представляется возможным вести все подземное строительство насухо, т.е. полностью решается основная задача водопонижения. Но для этого нужно иметь точный геолого-гидрогеологический разрез с геофильтрационными параметрами водоносных горизонтов, которые залегают ниже отметки дна котлована. Так как в сложных гидрогеологических условиях имеют место, например, напорные водоносные горизонты, напор которых может повредить однородность верхних слоев горних пород при уменьшении их толщины. Для того, что бы избежать появления непредвиденных ситуаций связанных с действием подземных вод необходимо, в первую очередь, сделать инженерно-гидрогеологические изыскания, при которых не обходимо определить:
— геологическое и литологостратиграфическое строение участков работ;
— основные элементы тектонического строения района;
— гидрогеологические особенности осваиваемой территории (наличие водоносных горизонтов, их характер, условия питания и разгрузки, взаимосвязь водоносных горизонтов, направление движения подземных вод, их температуру и химический состав);
— фильтрационные свойства водовмещающих пород (водопроводимость, коэффициенты фильтрации, пьезо- и уровнепроводность, коэффициент водоотдачи);
— гранулометрический состав рыхлых несвязных грунтов.
От тщательности подготовки и эффективности осуществления водопонижения зависит возможность проведения работ по устройству котлована и возведению в нем сооружений. Стоит отметить, что водопонижение может быть предварительным (понижение УГВ на строительном участке осуществляется до начала горнопроходческих работ) и параллельным (водопонижение и проведение горной выработки осуществляется одновременно).
Способы водопонижения. В зависимости от места, где будет осуществляться водопонижение, выделяют три способа:поверхностный, подземный и комбинированный.
При поверхностном способе водопонижения необходимое оборудование закладывается с поверхности земли, при подземном способе – из подземных выработок, а при комбинированном – с поверхности земли и з подземных выработок.
Поверхностный способ водопонижения получил самое большое распространение. Суть его заключается в том, что подземную воду откачивают из водопонижающих скважин, пробуренных с земной поверхности вокруг предусматриваемого контура горной выработки, что бы к началу горных работ на участке водопонижения образовалась стойкая депрессионная воронка. Этот способ благодаря оперативности и практичности является достаточно эффективным и менее трудоемким в сравнении с подземным.
При подземном способе скважины бурят из забоя шахтного ствола либо из горных выработок, проведенных раньше либо специально для этой цели. Подземный способ эффективнее и лучше при всех гидрогеологических условиях, но отличается большой трудозатратностью подготовки, продолжительностью осуществления дренажных работ и необходимостью длительного поддержания горных выработок.
При комбинированном (комплексном) способе скважины бурят не только лишь с земной поверхности, но и из забоя ствола шахты либо другой подземной выработки, т.е. это способ являет собой сочетание двух предыдущих. При всем этом часть подземной воды из дренирующих водоносных горизонтов откачивают на земную поверхность с помощью скважин, а другая часть поступает в подземные дренажные выработки. Комплексную схему используют, обычно, в тех ситуациях, когда при применении поверхностной схемы остаются обводненные зоны, не поддающиеся осушению с поверхности.
Подземный и комбинированный способы чаще всего применяются в горной отрасли, так же их используют при строительстве линий метрополитенов.
Выбор того или иного способа водопонижения определяется:
— проектом организации строительства объекта;
— условиями городской застройки;
— расположением подземных коммуникаций и сооружений;
Поверхностный способ может применяться при защите от обводнения как открытых, так и подземных выработок и осуществляется с помощью насосов, скважин с погружными насосами, эжекторных или легких иглофильтровых установок. Поверхностный способ водопонижение может быть открытым и закрытым.
Открытый способ водопониженияпоказан на рис. 1а. Сами котлованы при этом могут иметь либо наклонные, либо вертикально закрепленные откосы. При защите откосов сплошными шпунтовыми, свайными стенками или стеной в грунте грунтовая вода может поступать в котлован только через его основание, где собирается в специально устроенных водосборниках, с которых с помощью необходимого оборудования откачивается.
Рис. 1. Способы поверхностного водопонижения
а – открытый способ водопонижения: 1 – зумпф насоса; 2 – бровка котлована; 3 – УГВ; 4 – пониженный УГВ; б – закрытый способ водопонижения: 1 – скважина с погружным насосом
При закрытом способе водопонижения вода откачивается из приемных колодцев, в результате чего происходит понижение УГВ вокруг котлована и уменьшение притока в котлован грунтовой воды (рис. 1б).
Сам же процесс удаления грунтовой воды из водопроницаемых слоев закрытым способом может осуществляться различными методами. Условия, в которых происходит приток грунтовых вод в котлован при применении различных методов водоудаления, могут быть весьма различны. Если приток осуществляется под действием напора грунтовых вод, и вода поступает в приемные колодцы под действием сил гравитации, то такой метод удаления воды называется гравитационным. Методы, при которых удаление воды из грунта производится при помощи дополнительного понижения давления, называются вакуумными. В мелкозернистых водопроницаемых грунтах движение грунтовой воды может быть усилено созданием постоянного электрического ток магнитного поля. Такой метод называется электроосмотическим.
В тяжелых грунтовых условиях (например, сильноводопроницаемые грунты) для защиты котлована от грунтовых вод применяется ограждение его со всех сторон водонепроницаемыми стенками и устройство днища (рис. 2).
Рис. 2. – Устройство водонепроницаемых стенок и днища
1 – бетон или инъекцированный слой раствора; 2 – водонепроницаемая стенка
Изоляция котлована может осуществляться устройством стенок-прорезей, буровых скважин и стенок, шпунтовых или инъекционных стенок. Для придания водонепроницаемости дну котлована может применяться способ подводного бетонирования. В особых случаях, особенно при водопонижении в шахтах и при сооружении туннелей, для защиты котлованов применяется метод замораживания грунта. В этом случае для защиты котлована от поступления грунтовых вод сооружается стенка из мерзлого грунта.
Области применения различных способов водопонижение. Каждый способ водоудаления имеет свою оптимальную область применения, которая определяется различными факторами. При выборе наиболее подходящего для конкретных условий способа водопонижения необходимо исходить из следующих условий:
— размеры и форма сооружаемого котлована;
— геологический и гидрогеологический профиль;
— необходимая глубина водопонижения;
— время до начала водопонижения;
— условия движения грунтовых вод до начала работ;
— наличие рядом с котлованом уже имеющихся сооружений;
— имеющиеся технические средства и установки для водопонижения.
Наиболее распространенным способом является поверхностный закрытый способ, а открытый чаще всего служит дополнением к нему. Вышеуказанные его методы водопонижения (гравитационный, вакуумный и электроосмотический) зависят, в основном, от водопроницаемости грунтов. Таким образом, главным показателем, определяющим метод поверхностного закрытого водопонижения, является коэффициент фильтрации.
При выборе наиболее эффективного способа водопонижения необходимо учитывать не только физические свойства грунтов, но также технические, технологические и экономические аспекты решаемой задачи.
Эффективность различных способов закрытого водопонижения показана на рис. 3. На этом графике показана зависимость удаления воды из котлована от действующего диаметра частиц грунта.
Рис. 3. Эффективность различных методов закрытого водопонижения:
І – вакуумное водопонижение;
ІІ – гравитационное водопонижение;
ІІІ – электроосмотическое водопонижение
На рис. 4 показана зависимость эффективности способов водопонижения от глубины водопонижения для разных грунтов.
Рис. 4. Применение различных способов водоудаления в зависимости от глубины котлована и размеров зерен грунта:
1 – открытый способ; 2 – закрытый способ (электроосмотический метод); 3 – водопонижение одноступенчатыми переносными насосами; 4 – вакуумное водопонижение; 5 – гравитационное водопонижение; 6 — гравитационное или вакуумное водопонижение из глубоких колодцев или скважин; 7 – водопонижение многоступенчатыми установками (комбинированный способ); 8 – инъецирование; 9 – другие способы
Подробнее о каждом методе закрытого водопонижения и оборудования, с помощью которого он осуществляется, смотрите в статье посвященной этой теме.
Строительное водопонижение – это сложный и трудоемкий процесс, к которому необходимо подходить комплексно с учетом всех вышеуказанных условий. Поэтому строительное водопонижение на определенном инженерном объекте строго должно выполняться по специальному проекту, в котором находится вся необходимая информация.