Тема 3.4 «Механизмы для водоотлива и водопонижения»
При освоении новой строительной площадки и при небольшой глубине залегания грунтовых вод необходимо до начала земляных работ произвести работы поводопонижению, а в процессе земляных работ — по водоотливу. Для этой цели используют водоотливные насосы и водопонизительные установки.
Для обеспечения водоотлива при рытье котлованов и траншей в зависимости от притока воды применяют разнообразной конструкции насосы. При малом притоке воды могут быть применены диафрагмовые насосы или погружные насосы типа «гном», опускаемые непосредственно в приямок, в котором собирается вода. При большом притоке воды применяют передвижные и стационарные насосные установки.
.Центробежный водоотливной насос (рис. 142,а) состоит из рабочего колеса 2, корпуса 8, электродвигателя /, напорного 7 и всасывающего 4 рукавов. Перед пуском насоса необходимо залить всасывающую камеру А водой через отверстие 6. После включения электродвигателя 1 рабочее колесо 2 перекачивает воду из всасывающей камеры А в нагнетательную камеру Б. В результате во всасывающем патрубке А образуется разрежение, обратный клапан 5 открывается и в корпус начинает поступать воздух из всасывающего рукава 4.
Вследствие образующегося разрежения впускания линия постепенно заполняется водой через фильтр 3. После того, как процесс самовсасывания завершится (обычно 6 — 3 мин), насос начнет откачивать воду, направляя ее по трубопроводу 7.
Самовсасывающие центробежные насосы обеспечивают высоту всасывания 6 м, подъем воды на высоту от 9 до 20 м; производительность насосов в зависимости от типоразмеров колеблется от 24 до 120 м3/ч.
Для откачивания воды при строительстве трубопроводов и других линейных сооружений применяют водоотливные установки, смонтированные на тракторах (рис. 142,6).
Рис. 142. Центробежный насос
а — общий вид центробежного насоса; б — установка насоса на колесном тракторе
Водопонизительные установки служат для понижения и поддержания горизонта грунтовых вод на определенном уровне, который должен быть ниже подошвы разрабатываемых котлованов, чтобы можно было вести работы в сухом грунте. Для понижения уровня грунтовых вод откачивают воду из скважин, расположенных по периметру котлована и за его пределами. Применяют водопонизительные установки с вакуумными иглофильтрами, с эжекторными иглофильтрами и артезианскимиглубинными насосами.
Водопонизительная установка с вакуумными иглофильтрами (рис. 143,а) состоит из насосного агрегата 1, набора иглофильтров 3 и коллектора 2 для сбора воды из иглофильтров. Установка обеспечивает понижение уровня грунтовых вод на 5 — 6 м и применяется в песчаных и гравелистых грунтах. Иглофильтры установки погружают в грунт на расстоянии 0,75 — 2 м один от другого.
Рис. 143. Иглофильтровальная водопонизительная установка
а — общий вид установки; 6 — иглофильтр сетчатый; в — иглофильтр керамический
Иглофильтры (рис. 143,6) состоят из надфильтровой трубы 11, собственно фильтровой части и наконечника. Надфильтровая труба соединена с коллектором иглофильтровой установки. Нижний конец трубы с помощью резиновой муфты и шайб присоединяется к' фильтровой части, которая состоит из внутренней 7 и наружной 8 труб. Между трубами имеется полость, в стенках труб просверлены отверстия. Наружная труба с внешней стороны покрыта спиральной обмоткой 10, верх которой имеет фильтровальную сетку 9 или керамическую облицовку 12 (рис. 143,в). К нижней части фильтрового звена с помощью муфты крепится наконечник 4.
При погружении иглофильтра грунт размывается водой, закачиваемой через надфильтровую трубу в наконечник. Размытый грунт вместе с водой поднимается вверх, а иглофильтры погружаются в глубь грунта. Между наконечником 4 и муфтой 6 зажато седло шарового клапана 5, препятствующего поступлению пульпы в фильтр при прекращении подачи напорной воды.
В водопонизительных установках с иглофильтрами используют самовсасывающие насосы вихревого типа. Производительность вихревого насоса достигает 100 м3/ч. При работе насоса создается высота всасывания 9 м и напор 35 — 60 м.
Легкие иглофильтровые установки типа ЛИУ-2 и ЛИУ-5 имеют производительность 25 и 140 м3/ч при напоре 25 и 35 м; максимальное число иглофильтров 10; высота всасывания 8 м; мощность электродвигателей соответственно 5,5 и 20 кВт; масса установки 130 и 670 кг.
В суглинистых и глинистых слабофильтрующих грунтах для увеличения производительности установки в грунт кроме иглофильтров погружают стальные трубы, к которым присоединяются положительные электроды, в то время как к иглофильтрам присоединяются отрицательные электроды. В результате возникает явление электроосмоса, т. е. грунтовая вода устремляется от положительного электрода к отрицательному электроду, присоединенному к иглофильтрам. Таким образом фильтрационная способность грунта, а следовательно, и производительность установки повышается.
Водопонизительные установки с эжекторными иглофильтрами предназначены для более глубокого водопонижения. В комплект такой установки входят центробежные насосы с .электродвигателями; иглофильтры; внутренние трубы с эжекторными устройствами; распределительный трубопровод; набор соединительных деталей.
После погружения в каждый иглофильтр опускается труба с эжекторным устройством. Трубы соединяются в распределительную систему, подключенную к насосам. Вода, нагнетаемая насосами, подается по кольцевому пространству между трубами к соплу эжектора. Выходящая из эжектора струя вследствие разрежения, создаваемого ею, обеспечивает эжекцию (подсасывание) грунтовой воды. Смесь рабочей и грунтовой поды поднимается на поверхность и поступает в водосборный резервуар, откуда через фильтр вода снова перекачивается насосом в распределяющий трубопровод.
При одноярусном понижении уровня грунтовых вод глубина действия этих установок достигает 15 — 18 м. Установка позволяет обслуживать котлован 60X60 м (при средних по водопроницаемости грунтах). Общая мощность электродвигателей 120 — 130 кВт. Производительность насоса 150 м3/ч при напоре до 70 м. Иглы имеют диаметр 100 мм и длину 20 — 25 м.
Артезианские погружные насосы применяют для наиболее глубокого водопонижения. При одноярусном водопонижении они откачивают воду из Скважин глубиной 30 — 50 м. Производительность насоса 30 — 70 м3/ч.