3. Проектирование иглофильтровых установок

Применимость понижения грунтовых вод иглофильтровыми установками оценивают по рекомендации табл.1. Исходными данными являются план территории, на которой будут производиться работы, результаты геологических и гидрогеологических изысканий, проектные материалы по котловану, сведения об имеющемся оборудовании. Проектные материалы по оборудованию котлована необходимы следующие: чертежи, определяющие его форму, размеры, глубину, крутизну откосов, размеры берм, способ выемки грунта из котлована, расположение съездов и подъездных путей.

Предварительная схема иглофильтровых установок составляется эскизно и по ней определяют: потребное число ярусов, высотное расположение насосов, расположение коллекторов, тип иглофильтрового оборудования, расстояние между иглофильтрами. Для серийно выпускаемого иглофильтрового оборудования достаточно указать его тип (марку).

При определении потребного числа ярусов считают, что первый ярус понижает уровень грунтовых вод на 3,5-5м, а каждый последующий при одинаковом устройстве создает понижение меньшее на 0,5-1м.

Рис. 7.

Монтаж последующих ярусов производят под защитой предыдущего, общее понижение уровня грунтовых вод предполагает работу иглофильтров всех ярусов одновременно.

Комплекс иглофильтровой установки, например ЛИУ-5, состоит из 100 шт. игл, двух насосных агрегатов разной мощности, звеньев водосборного коллектора, шлангов для соединения игл с коллектором и насосами.

Иглофильтры погружают в грунт гидравлическим способом путем подачи воды с напором до 0,3Мн/м². Вода размывает грунт, и иглофильтр погружается под действием собственного веса и легкого поддерживания рукой. Вокруг трубы образуется пространство, равное почти трем диаметрам трубы, которое засыпают крупнозернистым песком или гравием. При откачке под влиянием разности между атмосферным и пониженным давлением в коммуникациях водопонизительной установки вода поступает в иглофильтры, заполняет всасывающий коллектор, а затем перекачивается за пределы осушаемого участка. Глубина понижения уровня грунтовых вод внутри иглофильтра ограничивается величиной 6-6,5м.

3.1. Водопонижение для котлованов

Водопонижение для котлованов осуществляется замкнутыми кольцевыми системами, где иглофильтры устанавливают по контуру котлована. Рекомендуется использование типовых установок, поставляемых комплектно, однако, в зависимости от конкретных условий, необходимо проверить возможность применения данной установки и определить требуемое расстояние между иглофильтрами. Расчет производится по следующей методике.

Рис. 8.

На схеме приняты следующие обозначения:

h – отметка уровня грунтовых вод, м

H – мощность водоносного пласта, м ( в случае, когда водоупорный слой отсутствует, то величину Н принимают равной 4/3 глубины воды в котловане до начала водопонижения).

S – требуемое понижение уровня грунтовых вод, м (новый установившийся уровень должен находиться на 0,5 ниже дна котлована).

Приток воды к иглофильтровой установке, т. е. потребная производительность обслуживающих установку насосов определяют по формуле:

Здесь К – коэффициент фильтрации м/сут., принимаемый по табл. 1;

R₂ – радиус действия группы иглофильтров, равный R₂ = R+r;

R – радиус действия одного иглофильтра, определяемый по формуле проф. И.П. Кусакина

R=1.95·S

r – приведенный радиус группы иглофильтров

r =

F – площадь котлована, огражденная иглофильтрами.

Количество игл определяют по формуле:

n =

q – пропускная способность одного иглофильтра м³/час.

q = 0.7П

d – диаметр фильтрового звена, принятый по технической характеристике установки.

Расстояние между иглами не должно превышать:

Z – периметр (длина) иглофильтровой установки.

Техническая характеристика иглофильтровых установок приводится в табл. приложения 2 [2,4].

Расчет притока воды к замкнутым установкам котлованов можно производить с использованием графиков.

Q = α·К·S

Q – приток воды, м³/сут.;

К – коэффициент фильтрации, м/сут.;

–коэффициент, изменяющийся в пределах от 1 до 3;

S – глубина необходимого понижения уровня воды, м.

Коэффициент определяется по графику рис. 4 [1,3], в зависимости от площадиF, огороженной иглофильтрами, и коэффициента фильтрации К водоносного слоя.

При значениях К и F отличающихся от приведенных на графиках, возможно экстраполировать приведенные кривые, а при сравнительно больших коэффициентах фильтрации принимать те же значения , что и приF = 1600м².

Количество иглофильтров определяется по графику рис.5 [1,3].

Рис. 9.

По притоку воды, количеству иглофильтров подбирают водопонижающую установку по приложению 2.

3.2. Водопонижение для траншей

Приток воды к линейным установкам на 100 пог.м. длины траншеи определяется (при расположении игл с двух сторон) из выражения

Q₁₀₀ = β K S

где β – коэффициент, принимаемый равным от 1 до 3. При большой мощности водоносного пласта (более 7-8 м), малых сроках строительства и малых коэффициентах фильтрации значение β ближе к 3. Минимальные значения β следует принимать К›30 м/сут.;

К – коэффициент фильтрации, м/сут.;

S – необходимое понижение уровня грунтовых вод, м.

Время предварительного осушения в часах, до начала производства работ в траншее, ориентировочно определяют по формуле:

t =

где F – площадь, огороженная иглами, м²;

К – коэффициент фильтрации, м/сут.

Для траншей с вертикальными стенками или откосами небольшого заложения возможна установка иглофильтров в один ряд. Такая установка рекомендуется при расположении дальнего от иглофильтра угла траншеи на расстояние r 3,5-4 м и заглублении иглофильтра ниже подошвы траншеи не менее чем на 1,5 м.

Приток воды на один пог.м. траншеи для однорядной установки определяют по формуле:

q =

где Н – мощность водоносного пласта, м;

h – расстояние от иглофильтра до водоупора или до границы активной зоны, м.

Рис. 10.

При глубоком залегании водоупорного пласта или его отсутствии h следует принимать равным 1/3 от величины заглубления иглофильтра под отметку уровня грунтовых вод, так как влияние откачки распространяется только на часть водоносного пласта, которую называют активной зоной. Тогда Н = 4/3h.

R – радиус влияния иглофильтра, определяемый из выражения:

R = ,

где t – продолжительность откачки (по опытным данным для первых ярусов иглофильтровых установок t = 2-5 сут.), в сут.;

- коэффициент водоотдачи (для мелкозернистых песков = 0,15-0,21, для крупнозернистых и гравелистых песков= 0,22-0,25).

Пример.

В котловане площадью 600 м² (размер в плане 30х20 м) соответствует α = 2,4. Требуется понизить уровень воды на 3 м. Коэффициент фильтрации К = 10м/сут.

Решение. По графику (рис.4) площади F = 600 м²

Отсюда приток воды к котловану:

Q = α·К·Ş = 2,4·10·3 = 72 м³/час

Количество иглофильтров определяется исходя из пропускной способности одного иглофильтра q по графику (рис. 5).

q = 1.1м³/час.

Всего потребуется иглофильтров n = .

Шаг иглофильтров .

По приложению 2 подбираем установку ЛИУ-5 с часовой производительностью 120 м³/час., принимаем шаг игл 1,5 м.

Пример. Для прокладки коллектора в городских условиях понизить уровень грунтовых вод иглофильтровыми установками. Траншея шириной 2м, глубиной 3м. Уровень грунтовых вод ниже дневной поверхности на 0,3м. Уровень грунтовых вод ниже дневной поверхности на 0,3 м. Мощность водоносного пласта Н = 10м. Грунт крупнозернистый песок с К = 22м/сут.

Решение. Принимаем однорядное расположение водопонизительной установки, так как дальний угол дна траншеи располагается на расстоянии 3м от оси иглофильтра.

Радиусы влияния иглофильтра: R =

Рис. 11. Радиус влияния иглофильтра

Приток воды к 1 п.м. траншеи

q =

(h= 3.3м, так как общая длина надфильтровых труб составляет 7м. h = 10-6.7=3.3м.

Общий приток воды составит: Q = q·= 23.15·800=18520 м³/сут , или Q = 771,67 м³/час

Принимаем 8 установок ЛИУ-5 производительностью 120 м³/час каждая, а на осушаемой траншее организуем 8 участков – захваток.

Приток воды на каждой захватке составит Q/8 = 771,67/8 = 96,45 м³/час.

Запас производительности принятой установки на участке-захватке равном 100 м составит

К_з = , что удовлетворяет требованиям.

3. Совместное применение иглофильтровых установок и постоянного

электрического тока. Электроосмотический способ осушения.

При осушении грунтов с малыми коэффициентами фильтрации (менее 2м/сут) суглинков, глин применяют способ откачки воды иглофильтровыми установками с наложением постоянного электрического тока. Способ заключается в том, что между иглофильтрами и откосом устанавливают трубы или стержни, служащие положительными электродами. Иглофильтры используют как отрицательные электроды. Положительные электроды забивают рядами с шагом 1-1,2м, расстояние от ряда иглофильтров 0,8-1м.

Рис. 12.

Длина анодных стержней назначается на 0,5-1,0м и больше, чем иглофильтр. Частицы воды в электрическом поле двигаются от анода к катоду интенсивнее, собираясь у иглофильтров, коэффициент фильтрации увеличивается при этом в 5-25 раза. Нижний конец фильтрового звена иглофильтра заглубляют ниже дна котлована на 3-3,5м.

Источниками постоянного тока могут служить электросварочные агрегаты или преобразователи, подающие ток напряжением 50-60 В, плотность электрического тока 1А на 1м². В результате расчетов такой водопонизительной системы следует определить количество иглофильтров-катодов, их длину, параметры электроустановки (мощность электроустановки, плотность электрического тока, силы тока и напряжения).

Пример. Требуется осушить котлован размерами 25х45 м при глубине 3м. Грунт глинистый. Уровень грунтовых вод находится ниже дневной поверхности на 1 м, режим безнапорный.

Решение. Данные для расчета.

Исходные: данные: К=0,05 м/сут. F = 25х45=1125м² S = 2,5 м Z = 144 м.

К = 1 м/сут (принимаем увеличение коэффициента фильтрации в 20 раз за счет применения электрического тока).

Рис. 13.

Далее решение проводим аналогично примеру изложенному на стр. ___.

По графику (рис. 4) площади 1125 м² и К = 1 м/сут соответствует α = 2,85. тогда приток воды к котловану Q = α·К·S = 2,85·20·2,5 = 142,5 м³/час.

Количество иглофильтров определяется в зависимости от пропускной способности одного иглофильтра – q.

По графику (рис. 5) q = 1,8 м³/час. Всего потребуется иглофильтров:

n =

Шаг игл: Принимаем= 1,8 м.

Определим число анодных стержней с установки их с шагом 1,2 м.

m =

Глубина погружения иглофильтров принимается 6 м.

Площадь электрической завесы F = 144х6 = 864 м².

Расстояние между рядами катодов и анодов принимаем 1м.

Потребная мощность генератора тока

Р = кВт., при напряжении 60V.