Общестроительные работы

Основания и фундаменты

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

При грунтовом водоотливе используют: легкие иглофильтровые установки, эжекторные водопонизительные установки, артезианские турбинные и глубинные насосы погружного типа, установки вакуумного водопонижения, оборудование для электроосушения грунтов.

Грунтовый водоотлив осуществляете в тех случаях, когда осушаемые породы обладают достаточной водопроницаемостью, характеризующейся коэффициентом фильтрации.

Грунтовый водоотлив обычно не может быть применен в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 1—2 м/сут из-за малых скоростей движения грунтовых вод. В этом случае используются вакуумирование или способ электроосушения, основанный на свойстве передвижения воды в глинистых грунтах под действием постоянного тока (электроосмос).

Для водопонижения в грунтах с коэффициентом фильтрации 1—40 м/сут используют легкие иглофильтровые установки. При коэффициенте фильтрации грунтов более 40 м/сут (особенно в случае большой толщины водоносного слоя и длительных сроках откачки) часто оказывается целесообразным применять откачку артезианскими насосами из скважин большого диаметра.

В грунтах с небольшим коэффициентом фильтрации и при близком залегании водоупора от дна котлована целесообразно применять эжекторные иглофильтры.

В целом выбор оборудования для грунтового водоотлива определяется многими факторами.

Для искусственного понижения уровня грунтовых вод на глубину 4—5 м в песчаных отложениях преимущественно применяются легкие иглофильтровые установки ЛИУ. При понижении уровня воды на большую глубину используют двух-трехъярусные установки. Рассматриваемые установки отличаются мобильностью, -возможностью быстро погружать иглофильтры в грунт в собранном виде, отсутствием в скважинах механизмов с движущимися частями, простотой и надежностью в эксплуатации. На эффективность работы иглофильтровой установки влияют степень герметичности соединений, а также всасывающая способность (вакуумметрическая высота всасывания) обслуживающего ее водяного насоса. Наиболее приспособленными к обслуживанию игло-фильтровых установок являются насосы, способные работать с высотой всасывания 8 м.

Существенная особенность установок ЛИУ-4 и ЛИУ-5 заключается в том, что при их работе вода и воздух отбираются самостоятельными механизмами — центробежным и вакуумным насосами.

С 1967 г. промышленность выпускает установки типа ЛИУ-6, в них входят насосные агрегаты ЛИУ-5 и ЛИУ-4 (по одному), остальное оборудование аналогично комплекту установки  ЛИУ-5.

Для вакуумирования скважин и водопонижения в грунтах с небольшим коэффициентом фильтрации и при близком залегании водоупора от дна котлована используются эжекторные иглофильтры. Находят применение эжекторные установки типа ЭИ-2,5, ЭИ-4 и ЭИ-6, но наибольшее распространение получили установки ЭИ-2,5. При большом притоке воды используют установки типз ЭИ-4 и ЭИ-6.

Эжекторные иглофильтровые установки состоят из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками, распределительного трубопровода (коллектора) и центробежных насосов. Эжекторные водоподъемники, помещенные внутри иглофильтров, приводятся в действие струей воды, нагнетаемой в них насосом через коллектор.

Схема эжекторной установки с циркуляционным резервуаром. По этой схеме вода, выбрасываемая из иглофильтра, поступает в лоток и за» тем сливается в циркуляционный резервуар. Из резервуара часть воды вновь засасывается насосом, остальная часть сбрасывается насосом или отводится самотеком зк пределы строительной площадки.

В этой схеме вода из иглофильтра поступает во всасывающий трубопровод, соединенный с высоконапорным насосом. Избыток воды сбрасывается по трубопроводу, а циркуляционный расход подается низконапорным насосом под некоторым давлением высоконапорному насосу, который повышает давление до необходимой величины и нагнетает воду в распределительный трубопровод.

Эжекторный иглофильтр состоит из надфильтровых труб диаметром 21/2 или 4 дюйма (ЭИ-4), фильтрового звена, из внутренних колонн водоподъемных труб, к нижнему концу которых прикреплен эжекторный водоподъемник, состоящий из насадки и диффузора. Наружная колонна труб погружается в грунт с помощью напорной струи воды, подаваемой от насоса по шлангу.

Фильтровое звено, позволяет устанавливать эжекторный водоподъемник в нижней части фильтра. Фильтровое звено состоит из трубы и нанизанных на нее цилиндров из гофрированных листов оцинкованной стали, представляющих собой каркас, по которому натянута фильтрационная сетка. В нижнем конце трубы вварено седло, на которое через опорное кольцо опирается колонна водоподъемных труб с эжекторным водоподъемником. К седлу приварен патрубок для подачи струи воды, нагнетаемой при гидравлическом погружении иглофильтра. Фильтровое звено оканчивается наконечником с зубчатой коронкой, на наружной поверхности которого приварены лопасти, обеспечивающие рыхление грунта при погружении иглофильтра.

Внутри наконечника (в его верхней части) вварено седло, в которое снизу упирается плавающий шаровой клапан, представляющий собой деревянное ядро в резиновой оболочке. Сверху на скошенной поверхности седла лежит легкий кольцевой клапан.

Струя воды, нагнетаемая при гидравлическом погружении иглофильтра, отбрасывает шаровой клапан и выходит через наконечник в грунт, при этом кольцо давлением отраженной струи воды прижимается к торцу патрубка, закрывает кольцевое пространство между патрубком и трубой и предотвращает утечку нагнетаемой воды через окна, которые предназначены для пропуска воды, засасываемой из грунта во время работы установки.

В тех случаях когда нет необходимости опускать эжекторный водоподъемник в нижний конец фильтрового звена (например, в ЭИ-2,5), применяется несколько иная конструкция иглофильтра. В этой конструкции седло для упора водоподъемной колонны труб образовано конической расточкой в муфте, соединяющей фильтровое звено с надфильтровой колонной.

Откачка воды из эжекторных.иглофильтров при эксплуатации установки производится струей воды, нагнетаемой через кольцевой зазор между водоподъемной колонной и наружными трубами иглофильтра. Кольцевая полость сверху уплотнена сальниками, а снизу — упорным кольцом.

Вода, нагнетаемая через кольцевую полость, поступает в окна, вырезанные с двух сторон в стенках патрубка. В вырезы вставлена и приварена к стенкам трубы скоба, в. верхнем конце которой укреплен   корпус насадки эжектора.

Поток рабочей воды, поступающей в полость скобы, устремляется в насадку, и, выходя из нее с большой скоростью, создает разряжение, под действием которого через свободное сечение патрубка засасывается грунтовая вода, прошедшая предварительно через фильтр. Дальше оба потока воды поступают в камеру смешения и диффузор, в котором скорость движущегося потока постепенно уменьшается, а давление соответственно возрастает. Поднявшись по водоподъемной колонне, вода изливается в лоток или коллектор.

В конструкции эжекторного водоподъемника, камера смешения и диффузор образуются одной общей деталью, изготовленной из резины. Стальные диффузоры подвержены коррозии, ухудшающей работу эжектора, диффузоры же из латуни требуют значительного расхода дефицитного металла. Поэтому, как правило, рекомендуется применять диффузоры из резины.

Отдельные иглофильтры водопонизительной установки соединяются с распределительным трубопроводом резиновыми шлангами, на концах которых укреплены фланцы. Один конец шланга присоединяется к фланцу задвижки, устанавливаемой соответствующими патрубками коллектора и шлангом, а другой — к тройнику иглофильтра.

Распределительный (напорный) трубопровод собирают из звеньев стальных водопроводных труб с приваренными патрубками для присоединения иглофильтров и высоконапорного насоса.

При большом количестве иглофильтров рекомендуется распределительный трубопровод делать переменного сечения с уменьшением диаметра по мере удаления от насоса точек присоединения иглофильтров.

Для подачи рабочей воды в иглофильтровые установки применяются центробежные насосы НДВ, НДС и МС. Для сброса воды из циркуляционного резервуара или для подачи воды в распределительный трубопровод используются центробежные консольные насосы типа К.

Отвод откачиваемой воды осуществляется трубопроводом из фанерных труб, водоотводящими деревянными лотками и в особых случаях напорным трубопроводом из стальных труб.

Серийного производства зжекторных установок нет. Установки изготовляются небольшими партиями предприятиями строительной индустрии для строительных организаций, выполняющих водопонизительные работы по индивидуальным проектам водопонижения.

в. Артезианские турбинные и глубинные насосы погружного типа

При водопонижении для откачки воды из вертикальных скважин с диаметром труб обсадной колонны не менее 200 мм применяются артезианские турбинные насосы типа АТН. В настоящее время используются следующие марки насосов типа АТН: АТН-8, АТН-10, АТН-14 и АТН-16. Для водопонижения наибольшее применение получили насосы АТН-8 и АТН-10.

Насосы типа АТН могут иметь различное число рабочих колес, от количества которых зависит величина напора, создаваемого насосом. У насосов АТН-8-1, АТН-10-1, АТН-14-1 закрытые рабочие колеса, а насосы АТН-8-11, АТН-10-11, АТН-10А и АТН-16 имеют открытые рабочие колеса.

Насосы типа АТН состоят из насосного узла, колонны напорных труб с помещенным в них приводным валом и приводной головки с электродвигателем. Насосный узел и колонна напорных труб помещаются в скважине, а электродвигатель устанавливается над устьем скважины.

При любом режиме работы насосы типа АТИ не допускают перегрузку электродвигателя, вследствие того что кривые мощности и к. п. д. насоса имеют пологое начертание.

Глубинные артезианские насосы с открытыми рабочими колесами более пригодны для откачки загрязненной воды, так как в них рабочие колеса (в направляющих аппаратах) не заклиниваются твердыми частицами. Однако из-за неравномерности износа кромок лопаток открытых рабочих колес снижается экономичность работы насоса.

В настоящее время для водопонижения широко применяются глубинные насосы погружного типа (с погружным электродвигателем). Эти насосы имеют ряд преимуществ перед насосами типа АТН: отсутствует длинный приводной вал от двигателя к насосу (поэтому они могут быть использованы в искривленных скважинах), они более компактны и имеют меньший вес, легче монтируются, демонтируются, просты в эксплуатации, есть возможность автоматизировать работу водопонизитель-ной системы, не требуют устройства помещения для насосов над каждой скважиной.

Погружные высоконапорные насосы типа АПВм предназначены в основном для водоснабжения, но . используются они и для водопонижения. Насосы этого типа при содержании в воде до 0,05% твердых частиц быстро выходят из строя.

Насос 6АПВ 9X12 имеет закрытые разгруженные радиальные рабочие колеса, закрепленные шпонками и распорными втулками на валу из нержавеющей стали. Корпусом насоса является стальная труба, в которой помещены направляющие аппараты и приставки. В центральной части всасывающего и направляющего корпусов, отлитых из чугуна, предусмотрены втулки с отверстиями для направляющих подшипников. Последние представляют собой стальные втулки с обрезиненной внутренней поверхностью.

Отдельные ступени насоса 8АПВм 10X7 стянуты стяжными шпильками — в этом его отличие от насоса 6АПВ 9X12. Такой способ соединения в большей степени гарантирует сохранность деталей при разборке насоса после длительного пребывания его в скважине. Для предотвращения стока воды из напорного трубопровода в скважины и в связи с этим обратного вращения электродвигателя насос оборудован обратным клапаном. Клапан выполнен в виде алюминиевого шара, покрытого резиной. Движение шара вверх под действием напора воды ограничивается рамкой, закрепленной между нагнетательным и верхним патрубками.

В комплект насоса 8АПВм с электродвигателем входят кабель, полихлорвиниловая лента, станция управления ПЭ-5103-ВВЗ, манометр, арматура по оборудованию оголовка скважины (опорное колено, узел верхнего фланца, фланцевая задвижка   диаметром 80 мм), а так-же заготовки из текстолита для подшипников электродвигателя и пяты.

Насос ЮАПВм по конструкции и комплектации аналогичен насосу 8АПВм, станция управления ПЭТ-5006-23А2 рассчитана на 78А. По особому заказу к насосу поставляются водоподъемные трубы диаметром 64 или 114 мм.

Глубинные насосы типа АПВм приводятся в действие трехфазными асинхронными электродвигателями МАПЗ с короткозамкнутым ротором. Отечественная промышленность выпускает различные типы и марки глубинных насосов погружного типа.

Для откачки воды из скважин диаметром 200—250 мм предназначены погружные насосы ЭЦНВ-8 и ЭЦНВ-10 с номинальной производительностью 15 и 120 м3/ч и высотой подъема соответственно 145 и 60 м. По отношению к м атериалу насоса вода должна быть неагрессивной, содержать механических примесей не более 0,6% по весу и иметь температуру не выше 25° С.

За последние годы разработаны и внедрены в производство насосы типа ЭЦНВ для скважин диаметром 300—500 мм. Как и насосы типа АПВ, установки ЭЦНВ требуют высококачественных фильтров.

Погружные насосы типа ЭПН предназначены для водоснабжения и строительного водопо-нижения. Благодаря сепараторному устройству, которым оборудованы насосы, твердые частицы, содержащиеся в воде, отбрасываются в напорный трубопровод, предохраняя тем самым от абразивного износа подшипники, опорную пяту и подпятник электродвигателя.

В комплект насосов ЭПН-8 и ЭПН-10 входят станция управления типа СУ-5 и арматура для оборудования оголовка скважины. В комплекте насоса ЭПН-6 предусмотрены станция управления СУ-8, кабель ППВЛ-6, полихлорвиниловая лента, арматура для   оборудования оголовка скважины. Ленинградское отделение института Гидропроект разрабатывает насосы типа ЭПН с более широким диапазоном по напору и расходу.

а. 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 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 А02-72-4, центробежный насос Р/г К-6а с электродвигателем А02-21-2, приемную и распределительную камеры и другие вспомогательные устройства. Суммарная мощность электродвигателей агрегата 30 кВт. Насосный агрегат установки весит 15 000 Н, полный комплект оборудования 90 000 Н.

В комплект установки УВВ-2 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—водообмен-ный бак с вмонтированным в него воздушным и грязевым эжекторами, третьим — блок, состоящий из центробежного насоса 6К-8 с электродвигателем А02-72-4 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  III-18, а, б. Вес насосного агрегата (входящих в него блоков и коммуникаций) 16 000 Н. Вес полного комплекта оборудования 50 000 Н.

Для водопонижения в сложных гидрогеологических условиях применяются эжекторы, вакуумные водопони-зительные установки (ЭВВУ) с концентрическим водоприемником []. 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 одно* родных грунтов, циркуляционный резервуар, основной и резервный насосы, напорно-распределительный трубопровод, сливной и сбросной коллекторы   

Вакуумный концентрический водоприемник состоит из эжекторного водоприемника с рабочими органами, фильтровой обо

лочки, надфильтровой трубы,

соединительных муфт, направ

ляющих фонарей и уплотни-

тельного устройства. В качест

ве фильтровой оболочки ис

пользован фильтр из профили

рованной узкой стальной оцин

кованной ленты. Прочностные

характеристики ленточных

фильтров следующие: предельные нагрузки на осевое сжатие 5000—6000 Н, на боковое сжатие 20 000 Н на 1 м, на осевое растяжение 2800—3000 Н. 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.

д. Электроосушение грунтов

При производстве строительных работ в водонасыщенных грунтах, отличающихся плохой водоотдачей (глинистых, илистых, суглинистых), с коэффициентом фильтрации К<\ м/сут применяется электроосушение грунтов  (электроосмотическое водопонижение).

Способ электроосушения основан   на свойстве передвижения воды в глинистом грунте под действием постоянного электрического тока (электроосмос). Для этого по периметру котлована устанавливают иглофильтры-катоды, соединенные с отрицательным полюсом источника постоянного электрического тока, и трубы-аноды (или стержни), соединенные с положительным полюсом

При пропускании тока вода, заключенная в порах грунта, передвигается от анода к катоду. При откачке воды из котлованов уровень напора в массиве грунта снижается. Источником постоянного электрического тока служат сварочные агрегаты или передвижные преобразователи

Оборудование для электроосушения грунтов состоит из комплекта одного из типов легкой иглофильтровой установки (ЛИУ-2, ЛИУ-3, ЛИУ-6), генератора постоянного электрического тока и комплекта труб-анодов (или стержней), по длине и количеству равных иглофильтрам.

Мощность генератора постоянного тока подбирается из расчета 0,5—1 А на 1 м2 площади электроосмотической завесы. Напряжение генератора не должно превышать 30—60 В. Затраты электроэнергии составляют 2— 10 кВт/ч на 1 м3 оконтуренного грунта.

Наряду с установкой ЛИУ для электроосушения грунта могут быть использованы установки вакуумного водопонижения УВВ-1м, УВВ-2 и ЭВВУ.

Применение электроосушения требует соблюдения соответствующих правил по технике безопасности.