Осушение котлованов плотин

При возведении земляных плотин осушение котлованов почти неизбежно. Это ответственная работа, от которой в значительной степени зависит успех других строительных работ, а также и эксплуатационная устойчивость земляных сооружений. Особенно это относится кучасткам плотины, перекрывающим русловую часть водотока.

Насыпные плотины с искусственным уплотнением грунта можно возводить только в сухом котловане.

Работы по водоотливу, производимые при помощи насосных установок, разделяются на два этапа: первый - первичная откачка воды из котлована, второй - водоотлив для поддержания котлована сухим, когда в нем возводится насыпь.

Поступление воды в котлован плотины происходит за счет стока поверхностных вод и фильтрации через ограждающие перемычки, а также через боковые поверхности и дно котлована.

Для предотвращения этого применяют систему перехватывающих устройств в виде нагорных канав, банкетов, размещаемых по склону на отметках, близких к отметке гребня плотины. Дождевые осадки, поступающие непосредственно в котлованы, в пределах огражденного перемычками пространства собирают системой открытых каналов и откачивают насосами.

Из источников поступления воды в котлован решающую роль играет фильтрационный поток, так как сток за счет атмосферных осадков, выпадающих в контуре перемычек, обычно невелик.

Котлованы земляных плотин осушают при помощи открытого водоотлива или грунтового водоотлива, т. е. местного искусственного понижения уровня грунтовых вод посредством откачки воды из глубоких колодцев.

Для неглубоких котлованов под земляные плотины проще и экономичнее применять открытый водоотлив в виде открытых каналов или дренажных устройств, перехватывающих грунтовый поток. Открытый водоотлив необходим   для   начального   осушения   котлована,   после

выполнения перемычек, а также в случае аварии ограждающих перемычек и последующего их восстановления.

Интенсивность понижения уровня воды в котловане при откачке на основе практических данных следует принимать в пределах 0,2-0,6 м/сут. При большем значении высоты понижения уровня могут последовать деформации перемычек, откосных плоскостей котлована и потребуется повышенный расход электроэнергии и более мощные насосы.

Для неглубоких котлованов применяют стационарные установки с размещением насосов на перемычках или специальных площадках на уровне перемычек (рис. 116, в). При более глубоких котлованах переходят к установкам с перемещением насосов на опускающейся раме-косяке или к передвижным установкам на понтонах, изменяющих свою высоту, с изменением уровня воды в котловане (рис. 116, а, б).
При осушении котлована открытым водоотливом по его внешнему периметру устраивают открытые водоотводные канавы. Вода, поступающая в эти канавы, стекает к водосбросным колодцам, откуда ее насосами откачивают за пределы котлована.

При большой площади котлована, когда такие канавы не обеспечивают отвод воды со всей поверхности, устраивают дополнительную сеть более мелких собирательных канав, вода из которых поступает в основную осушительную сеть. Водоотводные канавы рекомендуется устраивать не глубже 2 м, а ширину по дну принимать не менее 0,3 м, назначая уклоны в соответствии с неразмывающими скоростями.

Водосборные колодцы для удобства устройства и очистки должны иметь размер в плане не менее 1,5х1,5 м. Дно их заглубляют ниже водосборных канав не менее 1-2 м, что устанавливается из условия полного затопления сетки водоприемного шланга, при наинизшем уровне грунтовых вод в котловане. Стенки колодца крепят деревянными или металлическими шпунтовыми сваями, а в неоплывающих грунтах можно устраивать колодезный сруб или заборку из пластин за сваями. Дно колодца укрепляют отсыпкой из щебня, чтобы предупредить захват частиц грунта вследствие подсоса при откачке. В суффозионных грунтах по боковым поверхностям колодца и по дну следует укладывать обратные фильтры.

Водоотводные каналы в устойчивых грунтах выполняют трапецеидального сечения без крепления дна и стенок, в неустойчивых грунтах стенки крепят, тогда сечение канала выбирают прямоугольное.

Начальный объем котлована, подлежащий осушению, определяют как произведение территории, огражденной перемычками, на глубину, равную разности отметок уровня воды в водотоке и дна котлована. Этот объем, разделенный на время в секундах, определит расход, а с учетом высоты перекачки и мощность водоотливных средств. Принятая мощность проверяется на удаление воды из котлована за счет фильтрационного поступления.

Фильтрационный приток в котлован складывается из притока воды через перемычки, откосы котлована и его дно.

Расход воды, поступающий через земляные перемычки, определяют на основе фильтрационных расчетов, приведенных для земляных плотин. Приток воды через другие типы перемычек можно принять равным: для двухрядной шпунтовой перемычки с заполнением мелкозернистым песком 0,005 м3/час на 1 м2, для ячеистой перемычки 0,02-0,025 м3/час на 1 м2 напорной поверхности.

Поступление воды через откосы и дно котлована более точно определяют на основе гидрогеологических расчетов, если для этого имеются исходные данные.

Для ориентировочной оценки поступления воды в котлован в стадии предварительных расчетов, если отсутствуют исходные данные для гидрологических расчетов, можно использовать данные, рекомендуемые И. И. Кандаловым, по ним удельный расход притока в м3/час на 1 м2 площади котлована на 1 м напора составляет:

Расчеты по притоку воды в котлован и приведенные удельные показатели являются очень условными. Отсюда производительность водоотливных средств может быть более точно установлена только опытным путем. Учитывая переменность поступления воды в котлован по времени, комплектовать водоотливные средства следует из нескольких агрегатов.

При глубоких котлованах и большой площади их, когда борта и дно сложены из водоносных грунтов, осушение открытым водоотливом становится затруднительным. Тогда применяют грунтовый водоотлив. В этом случае по внешнему периметру котлована, вне пределов контура плотины, закладывают глубокие скважины, в нижнюю часть которых устанавливают фильтры. На дно скважины опускают глубинные насосы, которые откачивают поступающую через фильтры грунтовую воду. В результате непрерывной откачки воды из всех скважин уровень грунтовых вод в котловане опустится ниже отметки его дна (рис. 117) и продержится в течение всего периода строительных работ.


Рис.  117 Схема осушения котлована при   помощи   водопонижения:
1 - поверхность земли;  2 -дно котлована;  3 -естественный уровень грунтовых вод;  4 - то  же,   после  понижения;  5 - скважина   водопонижения

При грунтовом водоотливе уровень воды понижается по сферической поверхности во все стороны от места расположения скважины. Так как глубина стояния грунтовых вод после откачки неодинакова, расчет водопонижения ведут для наиболее пониженной точки дна котлована, принимая вертикальное расстояние в этом месте до сниженного уровня грунтовых вод не меньше 0,5 м.

Грунтовый водоотлив наряду с полным осушением котлована по всей поверхности предохраняет грунты основания от разрыхления, а откосы от оплывания и сползания. В необходимых случаях устойчивость откосов котлована проверяют расчетом по методике, изложенной для определения устойчивости откосов плотины.

На маловодопроницаемых грунтах грунтовый водоотлив малоэффективен, в этом случае для усиления действия работы скважин применяют электроосушение.

За последнее время для искусственного понижения уровня грунтовых вод в котлованах гидротехнических сооружений широко используют иглофильтровые установки, принцип работы которых остается таким же, как и для глубоких скважин.

Иглофильтровые установки мелкого понижения (вакуумные) представляют собой линейную систему часто расположенных фильтровых колодцев малого диаметра, погружаемых методом подмыва по контуру котлована (рис.  118). При помощи одноярусных   иглофильтровых


Рис.    118.    Иглофильтровые    установки    для    понижения уровня грунтовых вод:
а - одноярусная;      б - двухъярусная;      1 - иглофильтр;      2 - дно котлована

установок уровень грунтовых вод у скважин можно понизить до 5-6 м. При двухъярусном расположении их глубина понижения увеличивается в 1,5 раза и более.

Наряду с раздельным способом осушения котлованов можно применять и комбинированный способ. Так, для проницаемых оснований земляных плотин прорезаемых до водоупора зубом, котлован осушают открытым водоотливом, а для траншей под зуб - иглофильтровыми установками.