Водопонижение с помощью иглофильтров

При рытье котлованов в песчаных грунтах, обильно насыщенных водой, открытый водоотлив не всегда достигает цели даже при наличии дорогостоящих шпунтовых ограждений.

Недостатки открытого водоотлива могут быть устранены при использовании метода искусственного понижения уровня грунтовых вод (водопонижение).

Водопонижение получило широкое применение в промышленном, гражданском и особенно гидротехническом строительстве, а также при осушении месторождений угля.

В широких масштабах водопонизительные работы проводились при строительстве гидростанций Каховской, Волжской им. В. И. Ленина, Волжской им. XXII съезда КПСС. Опыт показал, что   водопонижение - наиболее рациональный и эффективный метод борьбы с грунтовыми водами.

Откачку воды из котлована с помощью иглофильтровой установки производят по следующей схеме (рис. 9).

По периметру котлована располагают иглофильтры 2, которые  присоединяются к всасывающему коллектору 3. Из группы иглофильтров, подключенных к одному участку всасывающего коллектора, вода  откачивается насосом 1 и сбрасывается за пределы котлована по сбросным канавам или специально уложенным трубопроводам 4. В результате действия водопонизительной установки естественный уровень грунтовых вод станет ниже отметки подошвы котлована и займет положение 7.


Рис. 9. Схема водопонижения иглофильтрами:
1 - насосы; 2 - иглофильтры; 3 - всасывающий коллектор; 4 - напорный коллектор; 5 - сброс; 6 - естественный уровень грунтовых вод; 7 - пониженный уровень грунтовых вод

Насосный агрегат смонтирован на металлической раме на колесном ходу или на металлических санях.

Всасывающий водосборный коллектор устанавливают из отдельных стандартных звеньев цельнотянутых труб диаметром 150 мм и длиной по 3 м каждая.

Иглофильтр состоит из фильтрового звена с наконечником, являющимся водоприемным устройством, и надфильтровой наставной трубы, соединенных между собой муфтами.

Фильтровое звено изготовляют из двух труб: наружной 2 с отверстиями, расположенными в шахматном порядке, и внутренней цельной 3. Наружная труба обмотана проволокой, поверх которой натянута фильтрующая сетка; от повреждения при погружении трубы последнюю предохраняет защитная сетка 1.Нижняя часть фильтрового звена снабжена фрезерным наконечником, внутри которого помещаются кольцевой клапан 4 с гнездами 5 и шаровой клапан 6 с ограничителем 7.

Схема фильтрового звена представлена на рис. 10.


Рис. 10. Схема фильтрового звена:
а - при погружении в грунт; б - в процессе откачки

Монтаж иглофильтровой установки начинают с геодезической разбивки всасывающего коллектора по контуру осушаемого котлована. Коллектор укладывают на спланированной площадке так, чтобы он не преломлялся в вертикальной плоскости, а направление его было прямолинейным. Переломы коллектора как в плане, так и по высоте нарушают герметичность соединения в стыках труб. Изменение направления коллектора осуществляют с помощью отводов.

Погружение иглофильтров производят следующим образом. К верхнему концу иглофильтровой трубы подсоединяют напорный шланг, по которому подают воду под давлением до 5 атм. Струя воды, выходящая из-под наконечника, размывает грунт под ним и колонна иглофильтров погружается под действием собственного веса.

При откачивании воды из котлована во внутренней трубе иглофильтра создается разрежение, кольцевой клапан опускается, шаровой клапан закрывает поступление воды через наконечник и вода из грунта засасывается через фильтр, поднимается вверх и отводится насосом наружу.

Расстояние между иглофильтрами определяется в зависимости от свойств грунта, но не более 2 м. Глубина погружения иглофильтров достигает 5-6 м. При более глубоких котлованах установки располагают ярусами; второй ярус монтируется на дне выемки, вырытой под защитой первого яруса. При глубине котлована до 15-20 м используют иглофильтры с эжекторным устройством, так как применение вакуумных иглофильтров становится невыгодным.

Преимущества иглофильтровых водопонизительных установок состоят в том, что при осушении котлована не происходит выноса мельчайших частиц грунта, увеличивается несущая способность основания, снижается стоимость строительства и создаются благоприятные условия для применения поточной организации земляных работ.

Для водопонижения в суглинистых и глинистых водонасыщенных грунтах, трудно отдающих воду, применяют электроосушение. Способ электроосушения основан на явлении электроосмоса, т. е. передвижения воды под влиянием постоянного электрического тока, пропускаемого через влажный грунт. Постоянный ток заставляет влагу перемещаться от   положительного электрода к отрицательному.

Электроосушение производят с помощью обыкновенной вакуумной иглофильтровой установки. Для этого ее подключают к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Параллельно ряду иглофильтров, на расстоянии 2-2,5 м, забивают металлические стержни на глубину до 4 м, соединяют проводом и подключают к положительному полюсу (рис. 11).


Рис. 11. Схема электроосушения:
1 - котлован; 2 - иглофильтровые установки; 3 -  металлические стержни;
4 - мотор - генератор

Описанная схема расположения иглофильтров и металлических стержней при пропускании электрического тока способствует движению воды от котлована к периферии. В то же время электрические силы препятствуют проникновению воды в котлован со стороны.