ВОДОПОНИЖЕНИЕ

​WATER REDUCTION

Davydova Ekaterina Yurievna

Student, Department of Soil Mechanics and Geotechnics, Moscow State University of Civil Engineering,

Russia, Moscow

Tarabarina Yulia Alekseevna

Scientific supervisor, Senior Lecturer, Moscow State University of Civil Engineering,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается процесс водопонижения как комплекс мер для снижения уровня грунтовых и поверхностных вод в зоне строительства. Оценка подтопления участка выполнена согласно СП 22.13330.2016, где выявлены три водоносных горизонта, два из которых напорные. Применены методы бурения скважин, гидропогружения и прокладки коллекторов, а также подготовительные работы, включая создание геодезической сети и установку временных сооружений. Фильтрационные расчёты показали, что для понижения уровня вод в первом горизонте необходимо использовать иглофильтровые установки, что является наиболее эффективным методом при защите котлована шпунтовым ограждением. Описание процесса работы включает устройство системы водоотлива с зумпфами для сбора остаточных вод.

ABSTRACT

The article discusses the process of water extraction as a set of measures to reduce the level of groundwater and surface water in the construction area. The assessment of the site's flooding was carried out in accordance with SP 22.13330.2016, which identified three aquifers, two of which are напорные. The methods of drilling wells, hydraulic sinking, and laying collectors were used, along with preparatory work, including the creation of a geodetic network and the installation of temporary structures. Filtration calculations have shown that in order to lower the water level in the first horizon, it is necessary to use needle filter units, which is the most effective method for protecting the pit with a pile fence. The description of the work process includes the installation of a drainage system with sump pits for collecting residual water.

Ключевые слова: водопонижение, подтопление, иглофильтры, грунтовые воды, поверхностные воды.

Keywords: water lowering, flooding, needle filters, groundwater, and surface water.

Введение

Водопонижение — это комплекс мер, направленный на снижение уровня грунтовых и поверхностных вод в зоне строительства.

Этот процесс уменьшает воздействие грунтовых вод на возводимый фундамент здания, на основание будущей дороги или на другой строительный объект.

Существует несколько методов водопонижения:

1. Поверхностное

2. Подземное

3. Комбинированное

Наиболее распространённым и простым методом является поверхностное водопонижение. Он используется при строительстве любых наземных объектов с помощью насосных или иглофильтровых вакуумных установок.

Поверхностное водопонижение бывает:

- Открытого типа

- Закрытого типа

При открытом методе вода поступает в котлован через его основание (дно), собирается в водоотстойнике и откачивается.

При закрытом методе вода не проникает в котлован, так как вокруг его периметра устанавливаются иглофильтры, погружённые в грунт. Эти иглофильтры всасывают воду с помощью вакуума.

Подземное и комбинированное водопонижение применяют при горных работах и строительстве метрополитенов.

После завершения водопонижения выполняется гидроизоляция котлована, и начинаются следующие этапы строительства.

Как выбирают метод водопонижения

Метод водопонижения определяется в зависимости от внешних условий. При выборе метода необходимо учитывать:

- Геологический профиль рельефа

- Размер осушаемого котлована

- Форму котлована

- Проницаемость грунтов

- Уровень залегания грунтовых вод

- Требуемые сроки водопонижения

- Скорость движения подземных вод

- Наличие необходимого оборудования

Метод водопонижения с использованием иглофильтровых установок относится к закрытому поверхностному методу.

Иглофильтры можно использовать в различных ситуациях, где требуется удаление излишней влаги из грунта. Некоторые области применения:

• Строительство. Иглофильтры применяют при строительстве зданий, подземных сооружений или дорог, где нужно удалить воду из грунта для обеспечения безопасности и устойчивости конструкции.
• Укрепление грунтов. Иглофильтры снижают уровень грунтовых вод, чтобы повысить несущую способность грунта и предотвратить оползни и обвалы.
• Откачка воды при авариях. Иглофильтры могут быть использованы для откачки воды в случае аварийных ситуаций, таких как прорыв водопроводной или канализационной системы. 

Иглофильтры подходят для использования в разных геологических условиях, включая пески и гравий, глинистые почвы, неустойчивые грунты и грунты с высокой минерализацией.

Материалы и методы

Рассмотрим расчет для объекта в Москве. Согласно СП, участок классифицируется как непригодный для подтопления. В пределах исследуемой глубины 39,0 м выявлены три постоянных водоносных горизонта.

Первый горизонт – безнапорный, второй и третий– напорный.

Рассмотрим технологию работ по водопонижению:

В состав работ, входят:

-вспомогательные (разгрузка, складирование иглофильтров);

- бурение скважин;

- гидропогружение;

-прокладка коллекторов

Перед началом работ необходимо выполнить следующие подготовительные мероприятия:

- создать геодезическую опорную сеть;

- установить временные здания для администрации и санитарных нужд;

- организовать питание работников в ближайших общежитиях;

- установить биотуалеты с регулярным вывозом отходов рядом с дорогами;

- обеспечить основной въезд/выезд на стройплощадку;

- устроить временные дороги из плит на песчаном основании;

- оборудовать пункт мойки колес с грязеотстойником;

- установить освещение на краны и ближайшие сооружения.

После разработки грунта до отм. -3.300 (абс.отм. +124.000) выполняются работы по строительному водопонижению.

До начала работ по водопонижению необходимо определить объемы земляных работ.

Таблица 1.

Объемы земляных работ до начала водопонижения

1. Объем котлована

2. Объем зачистки дна

3. Объем обратной засыпки

4.       Объем лишнего грунта, который необходимо вывезти со строительной площадки

Выбор оптимального метода производства работ при понижении УГВ

Вывод

В результате фильтрационных расчётов установлено, что для достижения необходимого уровня в первом водоносном горизонте, расположенном ближе к поверхности, необходимо снизить его на -3,40 м до основной отметки дна котлована. Использование открытого водоотлива в качестве основного метода водопонижения при таком снижении уровня (более 3,0 м) существенно замедлит процесс строительства, поскольку потребует повторной установки зумпфов и проведения работ поэтапно с небольшими объемами выемки грунта.

Так как котлован разрабатывается под защитой шпунтового ограждения, наиболее эффективным методом при понижении уровня в водоносном горизонте является использование иглофильтровых установок. Монтаж основных водопонизительных систем начинается с отметки +124,50 м. Иглофильтры длиной 4,0, 5,5 и 7,0 м устанавливаются через каждые 1,5 м с внутренней стороны ограждения. Работы по разработке грунта ниже отметки +124,50 м до проектной глубины котлована могут начинаться не ранее чем через 14 дней после запуска системы водопонижения.

Для сбора и отвода остаточных грунтовых и поверхностных вод, выполняется устройство системы открытого водоотлива в виде зумпфов. Схемы производства работ с расстановкой иглофильтров: 1) поперечный разрез (рис 1) 2) продольный разрез (рис 2)

Рисунок 1. Схема производства работ с расстановкой иглофильтров (поперечный разрез)

.

Рисунок 2. Расчет количества иглофильтров в составе системы водопонижения

Таблица 2.

Основные расчетные показатели водопритока к котловану

Влияние строительного водопонижения от котлована на соседнюю территорию распространяется на расстояние 24,6 м от его контура. До зоны, где уровень грунтовых вод изменяется сезонно, влияние составляет 15,9 м.

Приток к котловану из первого от поверхности водоносного горизонта составляет – Q=1092 м³/сут (45,5 м³/ч).

Снижение уровня подземных вод ниже основной отметки дна котлована 121,10 м планируется осуществить с помощью пяти установок вакуумного водопонижения УВВ3–6КМ.

Количество иглофильтровых установок выбрано, учитывая максимально допустимую длину всасывающего коллектора и необходимую площадь осушения при оптимальном размещении установок на промежуточной отметке +124,50 м.

Иглофильтры длиной 4,0, 5,5 и 7,0 м устанавливаются с внутренней стороны шпунтового ограждения, с использованием гидропогружения и обсыпки мытым песком в каверну размыва. Если в разрезе присутствуют техногенные или слаборазмываемые глинистые грунты, гидропосадка иглофильтров проводится после предварительного бурения скважин шнеком диаметром 198 мм.

Иглофильтры устанавливаются с шагом 1,5 м, который выбран в соответствии с рекомендациями СП 22.13330.2016 «Основания зданий и сооружений» в зависимости от коэффициента фильтрации водовмещающих пород и необходимого уровня понижения. В качестве материала для обсыпки иглофильтров используется мытый фракционированный песок с диаметром частиц от 0,5 до 2,0 мм.

Всасывающий коллектор диаметром 108 мм устанавливается с отметки +124,50 м и фиксируется к шпунтовому ограждению с помощью кронштейнов из арматуры диаметром 14 мм. Установки вакуумного водопонижения УВВ3-6КМ размещаются внутри котлована на эксплуатируемых площадках.

Из-за технических особенностей насосных агрегатов УВВ3-6КМ, сброс воды от иглофильтровых установок осуществляется самотечным способом в промежуточную перекачивающую емкость объёмом 2 м³, откуда вода с помощью насосов ГНОМ 16-16 перекачивается в магистральный сбросной трубопровод.

Таблица 3.

Операционный контроль качества монтажа иглофильтровых установок

Наблюдение за уровнем воды осуществляется с помощью 14 пьезометров-иглофильтров, расположенных в ряду иглофильтровых скважин, но не подключённых к всасывающему коллектору. По конструкции пьезометры-иглофильтры аналогичны иглофильтровым скважинам. Для обеспечения функционирования строительного водопонижения в местах установки иглофильтров предусмотрено монтаж трубы диаметром 100 мм в теле фундаментной плиты для жесткого соединения дублирующего всасывающего коллектора и насосных агрегатов УВВ3-6КМ.

Требования безопасности при работах водопонижения:

1. Буровые работы выполняются по ПОС и ППР.

2. Установки должны быть оснащены приборами для измерения напора и вакуума.

3. Эжекторные иглофильтры должны иметь пробковые краны и шланги, крепящиеся хомутами.

4. Напорные и сливные трубопроводы должны быть маркированы.

5. При погружении/извлечении иглофильтров персонал должен быть на безопасном расстоянии.

6. Иглофильтры должны располагаться на безопасном расстоянии от выемки и обделки.

7. Запрещается гидравлическое погружение, если это может повредить существующие сооружения.

8. При демонтаже коллекторов нельзя находиться рядом с снимаемым звеном.

9. Время работы установки определяется ПОС, должно быть организовано наблюдение за уровнем грунтовых вод.

Список литературы:

1. СП 22.13330.2016 Свод правил. Основание зданий и сооружений.