3.3. Водоотвод, водоотлив, водопонижение
Водоотвод
Необходим для отвода от выемок ливневых и сточных вод. Для этого обычно используют расположенные с напорной стороны водоотводящие канавы, обвалование, лотки и дренажные системы открытые и закрытые (по типу дренажей мелкого заложения). Их устраивают с уклоном 0,002-0,003. Воду из этих водоотводящих устройств отводят в пониженные места, удаленные от возводимых и существующих сооружений, или в систему ливневой канализации.
Водоотлив
Применяется для отвода воды из котлованов строящихся зданий с помощью насосов (рис. 3.3).
Рис. 3.3. Схема водоотлива:
1 – котлован; 2 – приямок (тумпф); 3 – насос;
4 – всасывающий шланг с сеткой (фильтром);
5 – направление отведения воды
Водопонижение
Водопонижение применяется в глубоких котлованах (≥6 м), при высоком уровне грунтовых вод и сильном подпоре. Осуществляется с помощью иглофильтровальных установок (ИФУ), эрлифтов, гидроэлеваторов.
ИФУ (иглофильтровальные установки)
Применяются в котлованах с уровнем воды до 10 м, имеют производительность до 100 м3/час (рис. 3.4).
б)
Рис. 3.4. Схема водопонижения с помощью ИФУ:
а) – разрез котлована с ИФУ; б) – схематичный план размещения ИФУ; 1 – иглофильтр;
2 – перфорированный наконечник; 3 – депрессионная кривая; 4 – водосборный коллектор
(трубы или шланги); 5 – вихревой (вакуумный) насос; 6 – отвод воды
В затопленных котлованах при уровне воды более 10 м применяется двухъярусное расположение ИФУ (2-й ярус – на дне котлована или на берме).
Эрлифты
Эрлифт – воздушный водоподъемник. Применяется для затопленных котлованов с уровнем воды более 3 м (рис. 3.5).
Принцип работы: сжатый воздух или пар под давлением до 0,3 МПа нагнетается по газовой трубе в жидкостную трубу, где образуется эмульсия – смесь воздуха или газа с водой. Вода увлекается вверх пузырьками воздуха или газа.
Рис. 3.5. Схема водопонижения с помощью эрлифта:
1 – газовая труба; 2 – жидкостная труба; 3 – подача воздуха;
4 – вода в котловане; 5 – отведение эмульсии
Гидроэлеваторы
Тоже применяются для затопленных котлованов (рис. 3.6). Принцип работы: всасывает пульпу под действием вакуума, создаваемого протеканием струи воды с большой скоростью через отверстия смесительной камеры.
Производительность эрлифтов и гидроэлеваторов 5-20 м3/час.
Рис. 3.6. Схема водопонижения с помощью гидроэлеватора:
1 – всасывающий башмак; 2 – эжектор, создающий разряжение; 3 – пульпопровод;
4 – канат для опускания краном гидроэлеватора; 5 – трубопровод для воды;
6 – направление подачи воды; 7 – направление отвода пульпы
3.4. Специальные работы по закреплению грунтов
Иногда возникает необходимость в закреплении грунтов с целью повышения их прочности и устойчивости или придания им водонепроницаемости. Для этого используют способы:
закрепления грунтов инъекцией;
термического закрепления;
замораживания грунтов (в сложных гидрогеологических условиях).
Закрепление грунтов инъекцией
Сущность метода заключается в пропитке пор и трещин грунтов и скальных пород раствором, который, затвердевая, повышает их прочность и водонепроницаемость. Раствор нагнетают через пробуренные скважины.
Виды инъектирования:
цементация;
глинизация;
битумизация горячая (расплавленным битумом) и холодная (битумной эмульсией);
силикатизация;
смолизация высокомолекулярными смолами.
На рис. 3.7 приведен пример инъектирования методом цементации.
Рис. 3.7. Схема цементации:
1 – самоходная буровая установка; 2 – скважина; 3 – инъектор; 4 – цементационный агрегат;
5 – бункер для раствора; 6 – растворосмеситель
Для цементации применяют специальные составы цементных, цементно-песчаных или цементно-глинистых тампонажных растворов с использованием портландцемента марки не ниже 300, а для глинизации – глиносиликатные и бентонитосиликатные растворы. Нагнетают указанные растворы диафрагмовыми (при давлении до 1,5 МПа) и специальными (при давлении до 10 МПа) насосами.
Битумизацию грунтов с нагнетанием горячего битума производят преимущественно в трещиноватых грунтах насосами в пробуренные скважины с помощью установленных в них инъекторов, обеспечивающих подогрев битума электрическим током в стволе скважины. Битум нагнетают с постоянным увеличением давления, обычно в несколько циклов, с перерывами для остывания битума.
Холодная битумизация с помощью битумной эмульсии осуществляется в песчаных грунтах по той же схеме, но без подогрева эмульсии.
Силикатизацию
и смолизацию
грунтов производят путем нагнетания
через систему инъекторов водных растворов
силиката натрия или смолы с отвердителем.
Этими способами закрепляют песчаные и
просадочные грунты. В качестве инъекторов,
погружаемых забивкой, используют
стальные трубы
20-50
мм.
Термическое закрепление грунтов осуществляют путем нагнетания в пробуренные скважины высокотемпературных газов. Способ применяют для упрочнения маловлажных просадочных грунтов. Максимальная температура в скважине не должна превышать 900-1000 °С.
Замораживание грунтов
Применяется в слабых неустойчивых водоносных грунтах и в трещиноватых горных породах. Способ замораживания повышает прочность и водонепроницаемость грунтов. Замораживание производится с помощью хладагента (чаще всего аммиака, реже фреона или жидкого азота) и хладоносителя.
Сущность способа:
бурят скважины по контуру сооружения через 0,8-2 м;
в скважины помещают замораживающие колонки;
насосы прокачивают хладоноситель через колонки при температуре –
-20-40 °С;
производят замораживание грунтов;
поддерживают замороженное состояние до окончания строительства.
Не надо путать хладагент и хладоноситель. В качестве хладоносителей применяют соли (рассолы):
хлористого кальция;
хлористого магния.
Иногда применяется безрассольный способ (например, оперативно, при внезапных прорывах воды) (рис. 3.8).
Рис. 3.8. Схема замораживания грунтов безрассольным способом:
1 – замораживающие колонки; 2 – заглушка скважины; 3 – подача жидкого азота
(t°=-195,7°C); 4 – отвод азота в атмосферу (t°=-40-60 °C); 5 – скважина