книги из ГПНТБ / Сооружение высокодебитных водозаборных и дренажных скважин

/

Рис. 60. Лучевой водозабор с наклонном скважиной (разме­ ры, м):

/ — центральная скважина; 2 — наклонная скважина.

Ркс. 61. Шахтный лучевой водозабор (размеры, м):

а — разрез; б — план; / — шахта железобетонная; 2 — лучи из горнзонтальиых скважин.

с *

однако производительность отдельных лучей составляет уже от 600 до 1200 м3/ч.

Опыт не был закончен не только из-за высокой стои­ мости и трудностей строительства, но и потому, что в 1968 г. началось строительство скважин вертикального дренажа роторным способом с обратной промывкой,

1968 г. подтоплена. По состоянию на 23/1V 1969 г. уров­ ни грунтовых вод залегали на глубинах менее 1 м (пло­ щадь 425 га), 2 м (190 га), до 3 м (10 га).

Для перехвата грунтового потока, поступающего на территорию города с севера (со стороны орошаемого массива), было пробурено шесть водопонизительных скважин, расположенных на расстояние 270—1058 м

132

Бурение выполняли станком 1БА-15В, переоборудо­ ванным под обратную промывку. Скорости сооружения

Материалы опытных откачек, к сожалению, не сох­ ранились, а с момента ввода дренажа в эксплуатацию (июнь 1969 г.) проводится только суммарный учет от­ качиваемой воды по всем шести скважинам.

За 1970 г. из шести скважин было откачено 8155 тыс. м3 воды, что соответствует среднему дебиту одной скважины около 170 м3/ч. Такую производительность скважин для района г. Скадовска следует считать отличной.

Наблюдения, за эффективностью дренажа по ряду режимных скважин подтвердили связь водоносных го­ ризонтов, расположенных в четвертичных и неогеновых отложениях, обусловившую сравнительно быстрый спад уровня грунтовых вод. В 1970 г. (после работы дренажа более года), уровни грунтовых вод понизились на глу­ бину 5 м (на площади 10 га), от 3 до 5 м (146 га), от 2

до 3 м (100 га), от 1 до 2 м (243 га), менее 1 м (125 га).

Действие дренажа распространилось с севера на юг примерно на 1 км, то есть почти до берега моря. Радиус влияния скважин перпендикулярно потоку достигал

500 м.

По данным Каховской гидрогеолого-мелиоративной экспедиции, гидрогеологическая обстановка в пределах города в конце поливного периода 1971 г. значительно улучшилась. Площади с глубиной уровня грунтовых вод менее 1 м отсутствуют, глубины 1—2 м наблюдаются на площади 142 га, 2—3 м — 218 га, 3—5 м — 190 га, боль­ ше 5 м — 75 га.

Высокая эффективность водопонизительного ком­ плекса, построенного в г. Скадовске, не вызывает со­ мнений.

Не менее показателен пример строительства водопо­ нижающих скважин роторным способом с обратной промывкой в суглинках и мелкозернистых песках (с. Но- во-Федоровка Голопристанского района и с. Приморское Скадовского района).

Село Ново-Федоровка расположено в зоне развития второй надпойменной террасы Днепра, сложенной с поверхности четвер­ тичными суглинками с прослойками песка общей мощностью 5—7 м. Ниже залегают неогеновые отложения, представленные

133

предназначенным для бурения скважин большого диаметра роторным способом с обратной промывкой.

Статический уровень грунтовых вод в этом районе залегал на

Скважины оборудовали каркасно-стержневыми фильтрами диа­ метром 377 мм с проволочной обмоткой. Для одновременного дре­ нирования всей обводненной толщи фильтр общей длиной 30 м устанавливали в двух интервалах, а гравийную обсыпку фильтро

дили, поэтому точных сведений о скоростях проходки пет. Ориенти­ ровочно они близки к скоростям проходки аналогичных скважин, данные по которым приведены выше.

134

Удельные дебмты скважин составляют 14,5; 16 и 35,4 м3/ч. Разрез во всех скважинах идентичен, поэтому разницу в удельных дебитах можно объяснить различной степенью кольматашш стенок в процессе бурения, либо качеством гравийного материала, исполь­ зовавшегося для обсыпки фильтра, а также разными сроками

Из трех скважин было откачано более 4 млп. м3 воды, и гидрогео­ логическая обстановка в пределах всего населенного пункта пол­ ностью нормализовалась.

Строительство дренажа в с. Приморском (совхоз «Большевик» Скадовского района) проводилось в таких же условиях, как и в с. Ново-Федоровка.

Площадь села составляла 700 га, уровни грунтовых вод в бы­ товой период находились па глубине 2—6 м. В 1969 г. на приле­ гающих землях началось интенсивное орошение, что в сочетании с

каналу.

Средняя глубина скважин равна 66 м, конструкция их анало­ гична конструкции скважины в с. Ново-Федоровка, бурение велось

станком ФА-12.

Первую очередь дренажа (три скважины на первой от канала линии, заложенные с интервалом 500 м, и две — второй линии на расстоянии 1 км друг от друга) начали строить в июне 1969 г. и закончили в сентябре 1970 г.

Удельные дебиты скважин колебались от 9 до 14,5 л/с, сум­ марный водозабор из пяти скважин составлял 620—650 м3/ч. Сразу же после ввода в эксплуатацию первой очереди дренажа подъем уровней грунтовых вод прекратился. К концу поливного периода 1971 г. уровни грунтовых вод в пределах села установились в среднем на глубине 2—4 м, хотя к этому времени по техническим причинам работало только четыре скважины с суммарным расхо­

дом 490 м3/ч.

Гидрогеологическая обстановка в пределах села нормализова­ лась и при работе четырех скважин, и необходимость строительст­

ва второй очереди дренажа отпала.

Локальные вертикальные дренажи, состоящие из трех-шести вод'Олонизптельных скважин, аналогичных описанным выше, по­

135

строены в селах Бехтеры и Суворовка Голопристапского района, в- совхозах «Молодежный» п имени Ленина и многих других.

По материалам Каховской гидрогеолого-мелиоративной экспе­ диции Мпнводхоза УССР, осуществляющей наблюдения за режи­ мом грунтовых вод в пределах Краснозиаменского орошаемого массива, одна скважина, пробуренная роторным способом с обрат­ ной промывкой, обеспечивает снижение уровня грунтовых вод на 2 м и больше на площади 80—100 га в условиях, характерных для Скадовского района, и на площади 100—140 га для Голопрнстапского района.

Накопленный опыт строительства вертикальных дре­ нажей роторным способом с обратной промывкой и их эксплуатация показывают, что в настоящее время это единственный реальный путь решения проблемы водопонижения, а значит, и успешного освоения огромных территорий, имеющих важное народнохозяйственное значение.

Сооружение дренажей в районе Краснодарского во­ дохранилища. В пойме р. Кубань создается водохрани­ лище (объемом 49 млрд, м3), за счет которого резко увеличится площадь поливных земель и орошаемого земледелия Краснодарского края. Для перехвата вод, фильтрующихся через тело земляных плотин и их осно­ вание, и предупреждения заболачивания прилежащих территорий, в этом районе строят мощные дренажные-

Рис. 64. Схема дренажных сооружении Краснодарского водохрани­ лища:

136

сооружения. На рисунке 64 приведена схема запроекти­ рованных сооружений, состоящих из придамбового и глубокого дренажа, базируемых на скважинах.

Такая конструкция дренажных скважин позволяет вести их эксплуатацию самоизливом, а в случае необхо­ димости устанавливать погружные насосы для принуди­ тельной откачки.

Учитывая отдаленность сооружений от .населенных пунктов и благоприятные санитарные условия, можно предполагать, что вода, собираемая в закрытый коллек­ тор, пойдет для водоснабжения г. Краснодара.

Скважины вертикального дренажа расположены че­ рез 50 м, а местами через 25 м. Общее число дренажных скважин на сооружениях равно 900.

Сооружение дренажных скважин начали станками ударно-канатного бурения УК.С-30. Но на бурение одной скважины глубиной 20—40 м затрачивалось 15—20 дней, а посадка, сварка и подъем труб большого диаметра (600 мм) для обнажения фильтров потребовала значи­ тельных материальных затрат и рабочей силы. Выпол­ нить такой объем буровых работ в установленные сроки было невозможно, что и определило необходимость пе­ рехода на бурение скважин роторным способом с обрат­ ной промывкой забоя чистой водой.

Для этой цели на первом этапе применяли отечест­ венные станки УРБ-ЗАМ с навесным оборудованием, а позднее румынские станки ФА-12, так как УРБ-ЗАМ были переброшены на бурение более глубоких скважин в Краснодарском крае.

Гидрогеологические условия и литологический состав пород, слагающих пойму долины р. Кубань, весьма раз-

—- нообразны. Речные наносы представлены гравием и пес­ ками в широком диапазоне (вплоть до мелкозернистых песков, плывунов). В толще отложений содержатся линзы и пропластки глин. Разрез каждой дренажной скважины отличается индивидуальными особенностями,

что в значительной степени затрудняет подбор гравий­ ных обсыпок для фильтров.

Основной объем работ по бурению дренажных сква­ жин выполняли станки ФА-12 с применением центро­ бежных насосов с вакуумной подзарядкой.

Как правило, при проходке пород Ш и IV категорий на бурение одной скважины диаметром 630—820 мм за­ трачивали 8—12 ч рабочего времени.

137

Наличие в кровле суглинистых отложений позволяло проводить бурение без установки кондукторов. Скважи­ ны оборудовали каркасно-стержневыми фильтрами диа­ метром 8—10" с контуром гравийной обсыпки. На об­ сыпку фильтра в зависимости от его длины и глубины скважины затрачивали от 7 до 16 м3 гравия.

Уровень воды в отстойниках поддерживали путем подачи воды из соседних пробуренных скважин, кото­ рые оборудовались временными эрлифтными установ­ ками.

' Проведенный хронометраж по бурению скважин станками ФА-12 показал, что средняя скорость бурения по породам указанных категорий составляет 4—5,5 м/ч, а общий баланс времени на бурение распределяется следующим образом: чистое бурение 40—42%; наращи­ вание буровых колонн — 20—25%; другие вспомогатель­ ные операции — 35—40%.

Вместах, где уровни воды находились на глубине 0.5—1 м от поверхности, применяли станки УКС-22-РПМ, разработанные институтом ПНИИИС. Эти станки име­ ют подвижной ротор и платформу, которая позволяет устанавливать кондуктор из стальных труб на 3 м выше поверхности земли.

Вданных условиях кондуктор устанавливали без пневматического тампона. Для создания избыточного напора 0,3 атм в кондуктор насосами нагнетали воду. Однако из-за прорыва воды под башмак в затрубное

пространство обеспечить необходимый напор на устье скважины не удалось. Поэтому станок УС-22-РПМ пос­ ледующие 27 скважин бурил только с искусственных на­ сыпей, которые возводили на площадке при помощи бульдозеров.

Забуривание скважин на глубину 4—6 м на станке УКС-22-РПМ проводили ударным способом желонкой с последующим переходом на бурение эрлифтом.

При бурении скважин большого диаметра особое ме­ сто занимала подготовка гравийных обсыпок. Опыт, проведенный Краснодарским трестом «Мелповодстрой» в разрешении этой проблемы, заслуживает особого вни­ мания.

Раньше основным поставщиком гравия для обсыпок фильтров был Волгоградский карьер, из которого желез­ нодорожным и автомобильным транспортом гравий раз­ возили на объекты бурения за сотни километров, что

138

альный погрузочный бункер, откуда загружался в маши­ ны. Механический состав гравия приведен іна рисунке 65.

Заготовляемый гравий отвечает среднему составу пород водоносных горизонтов и, как показала практика, после работы скважин в течение 4—8 ч обеспечивается нормальная работа фильтров без пескования.

Откачку скважин вначале проводили при помощи эр­ лифтов, а затем электрическими погружными насосами. По отдельным скважинам получен дебит 100—120 м3/ч.

Большой интерес для буровых организаций представ­ ляет опыт транспортировки и засыпки гравия в скважи­ ны после установки фильтров. Для перевозки гравия использовали тракторы марки К-700, выпускаемые Ки­ ровским заводом в Ленинграде, обладающие высокой проходимостью.

На транспортных работах трактор используют в аг­ регате с двумя прицепами, передвигающимися со скоро­ стью 13,6—31,7 км/ч.

Прицеп ЗПТС-12 трехосный самосвальный с двумя кузовами грузоподъемностью 12 т, прицеп 1ПТС-9 двух­ осный полунавесной самосвальный с двумя кузовами грузоподъемностью 9 т. Оба прицепа разгружаются на две стороны от гидросистемы трактора.

В бортах этих тележек, используемых для перевозки гравия, прорезаны окна (с приваренными направляющи­

139

ми лотками), которые при перевозке закрываются щит­ ками.

На месте разгрузки щитки открываются, тележки при помощи гидропневматических устройств поворачивают­ ся, и гравий по лотку ссыпается в скважину. Интенсив­ ность его засыпки можно регулировать углом наклона тележки.

Для равномерного поступления гравия в забой устье скважины срезают на уровне земли и закрывают кони­ ческой пробкой, которая направляет гравий по всему кольцевому периметру скважины вокруг фильтра.

Этот транспорт можно переоборудовать и для до­ ставки воды к скважинам, сооружаемым роторным спо­ собом с обратной промывкой чистой водой, если нет дру­ гих источников водоснабжения. Для этого из листовой стали нужно сварить емкости по периметру прицепных тележек с горловинами для заливки н задвижками для выпуска воды, что позволит доставлять к скважине око­ ло 20 м3.

Сооружение скважин для дренирования орошаемых земель

Одним из основных элементов интенсификации сель­ скохозяйственного производства в зоне недостаточного увлажнения является орошение земель.

Но интенсивное орошение, особенно на крупных мас­ сивах, обусловливает значительный подъем уровня грун­ товых вод, последствием которого в определенных усло­ виях может быть засоление и заболачивание грунтов, а также подтопление населенных пунктов. Как показала практика, недооценка значения искусственного дрени­ рования грунтовых вод в пределах орошаемых земель наносит большой ущерб народному хозяйству, поэтому в последние годы объемы работ по строительству дрена­ жа все возрастают, причем затраты на него превышают общие затраты на ирригацию.

Как показали исследования и практика, во многих случаях (особенно на юге Украины) проблема снижения уровня грунтовых вод может быть успешно решена только с помощью вертикального дренажа, так как пос­ ледний имеет большие преимущества перед другими способами водопонижения.

Вертикальный дренаж можно использовать на пло­ щади около 1500 тыс. га юга УССР, и если он до послед­

140