Учебное пособие 800534
.pdfКонструкция трубчатого колодца зависит от глубины залегания подземных вод, характера проходимых горных пород и способа бурения. В свою очередь способ бурения принимается в зависимости от требуемой глубины колодца.
На рис. 4 показаны схемы устройства простейших буровых колодцев. Стенки вертикального цилиндрического канала (скважины), получаемого в результате бурения, закрепляют опускаемой в него стальной обсадной трубой. Эту трубу опускают приблизительно до верхней границы залегания водоносных пород.
В большинстве случаев эти породы представляют собой насыщенные водой пески (рис. 4 в), песчано-гравелистые или скальные трещиноватые породы (рис. 4 а, б).
В верхнюю «обсадную» трубу опускают трубу меньшего диаметра, которую доводят обычно до нижней границы залегания водоносных пород, несколько заглубляя в подстилающие водонепроницаемые породы. Затем в самую нижнюю трубу опускают фильтр, представляющий собой обычно трубу с перфорированной дырчатой или щелевой частью, предназначенный для защиты колодца от занесения в него вместе с водой частиц грунта из водоносного слоя. Фильтр опускается при помощи штанг и специальных замков фиксируется в его верхней части. После установки фильтра кольцевое пространство между стенками фильтровой трубы
иобсадной трубы уплотняют.
Вбуровом колодце обычно различают водоприемную часть (фильтр), ствол, т. е. глухую часть скважины, по которой поднимается вода, и устье, т. е. соответствующим образом оборудованную выходную часть; устье обычно располагается в специальном павильоне.
При залегании водоносных пород на большой глубине достигнуть их одной обсадной трубой не удается ввиду значительного возрастания сопротивления грунта погружению обсадных труб. В этих условиях используют несколько обсадных труб постепенно уменьшающегося диаметра (рис. 4 ,a, б). Наконец, в нижней части последней
30
трубы устанавливают фильтр, а трубу подтягивают на высоту, соответствующую высоте фильтра. Все обсадные трубы, кроме наружной, обрезают на требуемом уровне специальным труборезом изнутри, и кольцевое пространство между концами смежных труб тампонируют (обычно цементным раствором). В результате буровой колодец получает телескопический вид.
Верхняя колонна труб (наибольшего диаметра) телескопического колодца обычно опускается на относительно небольшую глубину (7-12 м) и служит своего рода направляющей для обеспечения правильного вертикального положения колодца.
Трубчатый колодец выполняется строго вертикальным и прямым, особенно при использовании для подъема воды артезианских насосов с длинным валом.
4.2.2. Шахтные колодцы
Шахтные колодцы чаще всего применяют для приема относительно неглубоко залегающих вод (обычно на глубине не более 30 м) из безнапорных водоносных пластов. В редких случаях эти колодцы используют для приема слабонапорных вод (при незначительном заглублении и незначительной мощности напорных водоносных пластов).
Обычно прием воды в шахтные колодцы осуществляется через их дно и частично стенки.
Шахтные колодцы применяют для приема небольших количеств воды при индивидуальном пользовании, а также в водоснабжении сельских местностей, во временных водопроводах и т. п.
В крупных централизованных системах водоснабжения шахтные колодцы применяют относительно редко, так как здесь более экономичным является применение трубчатых колодцев с использованием хотя и более глубоких, но зато более мощных водоносных пластов.
31
Шахтные колодцы бывают бетонными, железобетонными, каменными (из кирпича или бутового камня) и деревянными (срубовыми). При небольшом диаметре колодцев их можно делать сборными из железобетонных колец.
Шахтные колодцы обычно строят опускным способом. В последнее время начали применять механизированный способ рытья шахтных колодцев при помощи установленного на автомашине механизма, представляющего собой устройство для бурения и опускания железобетонных колец, образующих шахту колодца
Принципиальная схема шахтного колодца, забирающего воду и: безнапорного водоносного пласта (в основном через дно), показана на рис. 5 . На дно колодца укладывается обратный фильтр 5 в виде слоев гравия с возрастающей кверху крупностью для предотвращения занесения в колодец частиц песка из водоносного пласта.
В стенках колодца в пределах водоносного пласта для увеличения притока воды в колодец могут устраиваться отверстия. В колодцах из бутового камня или кирпича роль таких отверстий выполняют щели в кладке; в бетонных колодцах устраивают специальные отверстия в ту стенках. Диаметр шахтного колодца обычно не превышает 3-4. При устройстве нескольких колодцев их располагают в одну линию и соединяют между собой сифонными (иногда самотечными) трубами. Благодаря значительным размерам сборных шахтных колодцев иногда оказывается возможным разместить в них насосное оборудование, т. е. осуществить совмещенный с насосной станцией тип водоприемника.
Любой шахтный колодец должен быть выведен не менее чем на 0,7 м выше поверхности земли. Вокруг колодца у поверхности земли устраивают глиняный замок 4 на глубину 1,5-2 м и в радиусе около 2 м - отсыпку с мощением или асфальтировкой 3 для предотвращения попадания в колодец загрязненных поверхностных вод.
32
Рис. 5. Шахтный колодец
33
4.2.3. Сооружения инфильтрационного типа
Если русло реки сложено водопроницаемыми породами, речная вода насыщает их, образуя своеобразный грунтовый поток, медленно движущийся в том же, что и река, направлении. Этот грунтовый поток называют обычно подрусловым потоком или подрусловыми водами. Границы его (нижняя и боковые) определяются в основном характером залегания водонепроницаемых пород. Подрусловые воды движутся в галечниковых и песчано-гравелистых породах и частично питаются грунтовыми водами из водоносных пластов береговых склонов, примыкающих к пойме реки.
Для отбора воды из подруслового потока используются водоприемные сооружения инфильтрационного типа. Эти сооружения по характеру своей работы весьма близки к рассмотренным выше сооружениям для приема подземных вод, а по конструктивному оформлению часто полностью аналогичны последним. Для забора подрусловых вод могут применяться трубчатые и шахтные колодцы, горизонтальные водосборы (дрены, галереи), а также особый тип сооружения — лучевые водосборы (см. далее).
Водосборы инфильтрационного тира могут быть расположены вдоль русла реки, а горизонтальные водосборы, кроме того, и под руслом реки. На рис. 6 показана схема работы водосбора, расположенного вдоль русла реки. В данном случае в качестве водоприемного сооружения использован ряд трубчатых колодцев.
Отбор воды из насыщенного водой грунта приводит к усиленному поступлению воды из реки в грунт. Таким образом, фактически колодец не только забирает воду, насыщающую грунт, но и подсасывает речную воду, которая предварительно фильтруется через грунт. Этот характер работы отразился и на самом названии водосборов — инфильтрационные.
Поступающий из реки в грунт инфильтрат может вызвать интенсификацию процесса заиления поверхности ложа
34
реки взвесью, содержащейся в речной воде. Поэтому скорости фильтрации воды из реки в грунт не должны быть значительными. Так как уровень подрусловых вод связан с уровнем воды в реке условия работы водоприемных сооружений будут меняться при сезонных колебаниях последнего.
Рис. 6. Водосбор инфильтрационного типа
Использование водоприемников инфильтрационного типа для получения речной воды имеет весьма большие преимущества. Во-первых, получаемая вода почти полностью освобождается от взвеси, содержащейся в речной воде, и цветность ее понижается; во-вторых, фильтрация воды через грунт часто значительно повышает ее санитарные качества; в-третьих, исключаются затруднения, связанные с приемом воды из шугоносных рек. Кроме того, инфильтрационные водоприемники позволяют успешно забирать воду из рек с малой глубиной, а также из рек снеустойчивым ру с- лом.
Следует отметить, что проектированию инфильтрационных водосборов, как и других типов сооружений для приема подземных вод, должны предшествовать тщательные гидрологические и гидрогеологические изыскания. В частности, необходимо оценить вероятность поступления в водоприемное сооружение грунтовых вод. В отдельных случаях качество их (высокая минерализация, содержание солей железа и др., наличие привкусов) делает нежелательным их з а-
35
хват (или ограничивает их количество в процентном отношении к речной воде).
Конструкции трубчатых колодцев, применяемых для инфильтрационных водоприемников, типы применяемых фильтров, сифонов, насосов те же, что и при приеме подземных вод.
Что касается компоновки узла сооружения, то обычно трубчатые колодцы, располагаемые вдоль русла реки, соединяются сифонными линиями, подходящими воду к насосной станции.
Горизонтальные водосборные сооружения находят применение в инфильтрационных водоприемниках, как в виде водосборных галерей, так и в виде перфорированных труб (в частности, железобетонных) с устройством вокруг них обратного фильтра (рис. 7).
Реже применяются в инфильтрационных водоприемниках шахтные колодцы.
Одна из разновидностей инфильтрационных сооружений - лучевой водосбор - представляет собой оригинальное и эффективно работающее водоприемное сооружение, с успехом применяемое для приема подрусловых вод. Вода отбирается расположенными в пределах водоносных пород горизонтальными трубчатыми дренами, радиально присоединенными к сборному шахтному колодцу (рис. 8).
Лучевые водоприемники используются также для забора подземных вод, не имеющих питания из открытых водоемов при условии, что водоносные пласты относительно небольшой мощности лежат на глубине не более 15-20 м.
Лучевые дрены выполняются из перфорированных (щелевых) стальных труб и устраиваются способом продавливания (звеньями) изнутри шахтного колодца (или бурением). Некоторые методы производства работ по укладке лучевых дрен включают предварительное продавливание обсадных труб, в которые затем вводят дренажные трубы. После установки последних обсадные трубы удаляют. При других методах продавливают непосредственно дренажные трубы, снаб-
36
женные параболической головкой, к которой под напором подводится вода, выходящая через щели в головке и осуществляющая размыв грунта. Пульпа удаляется по отводной трубе в шахту.
Рис. 7. Трубы инфильтрационных водоприемников
37
Рис. 8. Лучевой водозабор
При длине лучей больше 60 м они могут устраиваться телескопическими. В водообильных водоносных пластах лучевые дрены могут располагаться в несколько ярусов. На лучах (при входе в колодец) устанавливаются задвижки. Лучевые водоприемники позволяют наиболее полно использовать даже слои малой мощности.
38
5.НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ
5.1.Назначение и типы насосных станций
Взависимости от назначения и места в общей схеме водоснабжения и водоотведения различают насосные станции:
- первого подъема - для забора воды непосредственно из источников (рек, морей, озер, водохранилищ и скважин) с последующей передачей ее на очистные сооружения или непосредственно потребителям. Такие станции могут быть совмещены с водозаборными сооружениями или расположены в отдельном здании;
- второго подъема - для подачи воды после очистных сооружений (обычно из резервуаров чистой воды), а также для подачи от насосных станций первого подъема на промышленные предприятия без очистки; эти станции в системе хозяй- ственно-питьевого водоснабжения (при заборе воды из открытых источников с последующей очисткой) могут быть совмещены с насосными станциями первого подъема;
- третьего и последующих подъемов, а также повысительные насосные станции - для передачи воды, поступающей со станции предыдущего подъема;
- систем оборотного, водоснабжения промышленных предприятий - для подачи оборотной или повторно используемой воды после ее охлаждения (в прудах, охладителях, градирнях, брызгальных бассейнах и др.) непосредственно потребителям;
- насосные станции - для перекачки промышленных отработавших и хозяйственно-бытовых сточных вод.
По надежности действия насосные станции подраз-
деляются на три категории:
I - не допускается перерыв в подаче воды;
II - допускается кратковременный перерыв в подаче воды на время, необходимое для включения резервных агрегатов обслуживающим персоналом;
III - допускается перерыв в подаче воды на время ликвидации аварии.
39