4. Проектирование электорных иглофильтровых установок

Электорные иглофильтровые установки применяются в хорошо дренирующих грунтах с понижением на глубину до 18-20 м, когда устройство многоярусной системы легких иглофильтровых установок является дорогим и громоздким, а также с целью вакуумирования скважин для усиления эффекта водопонижения в слабофильтрующих грунтах с К= 0,1-5 м/сут. При требуемой глубине осушения до 20 м. наибольшее применение получила установка типа ЭИ – 2,5: при больших притоках воды используют установки типа ЭИ – 4, ЭИ – 4А, ЭИ – 6. Технические характеристики установок приводятся в литературе [1 стр. 322]. (Размер диаметра иглофильтра в дюймах вынесен в марку установки, например, ЭИ-2,5 означает, что диаметр иглофильтра составляет 2,5 дюйма =63 мм).

При малых 75коэффициентах фильтрации грунтов (менее 3 м в сут). Без расчета принимают установки типа ЭИ-2,5, которая состоит из оборудования, приведенного в таблице.

Оборудование установок ЭИ-2,5 работающих при условиях длина участка – 16 м, высота подъема – 10м, длина участка – 35, высота подъема – 20 м.

Таблица 4.,,,,,,,

Наименование	Кол-во	Наименование	Кол-во
Насосы ЭК-6 (рабочий и резервный)	2	Насосы 4 НДВ, 2950 об/мин (рабочий и резервный) шт.	2
Электорные иглофильтры ЭИ-2,5 длиной до 10 м, шт.	8	Электорные иглофильтры ЭИ-2,5, длиной до 20м, шт.	17
Трубы металлические Ǿ100 мм., пог.м.	35	Трубы металлические Ǿ150 мм., пог.м.	35
Трубы металлические Ǿ75 мм. (сбросной трубопровод), пог.м.	100	Трубы металлические Ǿ100 мм. (сбросной трубопровод), пог.м.
Металлический резервуар емк. 1м3, шт.	1	Металлический резервуар емк. 3м3, шт.	1
Задвижки Ǿ100 мм (в том числе одна резервная), шт	4	Задвижки Ǿ150 мм (в том числе одна резервная), шт	4
Рукава резиновые Ǿ50 для соединения игл с коллекторами, пог.м.	50	Рукава резиновые Ǿ50 для соединения игл с коллекторами, пог.м.	50
Вентили Ǿ50, шт	8	Вентили Ǿ50, шт	17

При коэффициенте фильтрации более 3м/сут параметры водопонизительной установки и рассчитывают. Расчет линейных и кольцевых установок не имеет принципиальных различий поэтому их можно заменять равнодебитной траншеей. Это упрощает линейную схему и обеспечивает достаточную точность. Определяют приведенный радиус водопонизительной установки по способу «большого колодца».

– для системы скважин, расположенных по контуру, близкому к кругу r = ,

где F – площадь, ограниченная контуром установки, м².

Число скважин n =,

где – расстояние (шаг) между скважинами, м.

– для вытянутого в плане котлована (при соотношения большего размера к меньшему более трех) r =,

где Р – периметр водопонизительной установки, м.

Рис. 14.

Если под дном котлована или траншеи находится напорный водоносный слой горизонт с пьезометрическим уровнем выше дна выемки, нужно проверить возможность выпора водоупора и прорыва грунтовых вод (рис. 6).

Условие равновесия: .

При удельном весе воды и объемной массе породы: Т₂=S,

где Т₂ – мощность водоупорного слоя, подстилающего выемку, м;

S – превышение пьезометрического уровня над дном котлована, м;

(ПУГВ – пьезометрический уровень грунтовых вод).

Расчет сводится к проверке пригодности принятой установки, для этого в исходные данные к расчету вводят значения диаметра скважины, задаются величиной h_c, увязанной с длиной иглофильтра, шагом игл, другими величинами.

4.1. Для кольцевых установок котлованов и безнапорного движения грунтовых вод (для несовершенных котлованов).

Определяют расчетный радиус водопонизительной установки:

Рис. 15.

R=,

где t – общее время предварительной откачки, сут. (рекомендуется принимать 2-5 сут.);

–коэффициент водоотдачи, принимаемый по табл. приложения 3;

Н – мощность безнапорного водоносного горизонта (пьезометрический уровень), м;

h_к – сниженный уровень в центре котлована, м. (сниженный уровень должен находиться на 0,5-1 м ниже дна котлована).

2. Расход воды, откачиваемой с 1 пог. м. воображаемой траншеи (водопонизительного контура):

q = ,

где r_к – приведенный радиус котлована;

Р – периметр котлована, м.

3.Дебит одного иглофильтра (одной скважины):

Q_c = q l,

где l – шаг скважины, можно принять от 1 до 3 м;

4. Уровень воды на линии скважин:

h,

где d_c – диаметр скважины, м, равный диаметру фильтрованного звена. Для ЭИ – 2,5, d_c= 0,064м.

5.Совместное решение уравнений в п.3 и п.4 дает значения Q_c и h_л.

6. Сниженный уровень в центре котлована:

h_k = ,

где n – число иглофильтров, шт.;

Пример. Запроектировать водопонижение для строительства фундамента заглубленного на 11 м. Котлован квадратный со стороной 30 см. Грунт – песок разнозернистый. УГВ находится ниже дневной поверхности на 2 метра, водоупор – на глубине 14 метров.

Решение. Данные для расчета:

Исходные: Н=12м, К=5м/сут., Р=122м, F = 900м².

Принятые: l = 2м, d_c = 0,064м, n = 60 шт., h_с = 1,5м, t = 5сут., = 0,18.

r_k – приведенный радиус котлована

h_с – сниженный уровень грунтовых вод в скважине,

h_л – уровень воды на линии скважин,

h_k – сниженный уровень грунтовых вод в центре котлована.

1.Приведенный радиус котлована r =

2. Радиус влияния установки =

3. Приток воды на 1 пог. м. водопонизительного контура:

q =

4. Приток воды к одной скважине (иглофильтру):

Q_c = ql = (14 – 0.098 ) 2 = 28-0.196/

5. Уровень воды на линии скважин:

6. Решая уравнения п.4 и п.5 получим

Q_c=27,51м³/сут., h_л=2,5м.

6. Сниженный уровень в центре котлована:

Следовательно, пониженный уровень воды в наивысшей точке будет на 0,7м ниже подошвы котлована.

В п.5 принято d_c=0,064м – диаметр скважины, равный диаметру фильтрового звена для ЭИ-2,5. окончательно принимаем установку ЭИ-2,5 в комплектной поставке и приведенную на стр. потребуется 4 таких комплекта для рассчитываемого котлована.

4.2. Для линейных установок (траншей) при безнапорном движении грунтовых вод (для несовершенных котлованов)

1. Определяют расчетный радиус влияния водопонизительной установки

,

где t – время предварительной откачки, принимается 2-5 сут.

2. Подсчитывают расход воды, откачиваемой с 1 п/м воображаемой траншеи по формуле:

3. Приток (дебит) одной скважины Q_c=ql, где l – шаг скважин, м.

4. Определяют уровень воды на линии скважин:

где h_c – сниженный уровень грунтовых вод в скважине, м., значением h_c задаются исходя из требуемого понижения уровня грунтовых вод, но оно не должно быть ниже верха фильтрового звена иглофильтра.

l – шаг скважин, можно принять от 1 до 3м. В породах с большими значениями К шаг принимают меньшим.

d_с – диаметр скважины, м, равный диаметру фильтрового звена. Для ЭИ-2,5, d_c=0,064м.

Если иглофильтры устанавливают в заранее пробуренные скважины с песчано-гравийной обсыпкой (при К<5м/сут.), значение d_с равно диаметру скважины.

5. Совместное решение уравнений в п.3 и п.4 дает значения Q_с и h_л.

6. Определяют сниженный уровень на расстоянии Х от линии скважин по формуле:

,

где Х – расстояние по горизонтали от ряда иглофильтров до наиболее опасной точки выемки (у противоположного от остановки края траншеи или в центре котлована), м.

Если установка не дает требуемого эффекта, расчет начинают сначала, изменив диаметр фильтра и шаг иглофильтров.

Пример. Требуется осуществить водопонижение для строительства коллекторного тоннеля диаметром 2,0м, лоток которого находится на глубине 6,5м от поверхности земли. Грунт – среднезернистые пески. Водоупор находится на глубине 12м от поверхности земли. УГВ ниже поверхности земли на 2м.

Решение. Данные для расчета:

Исходные: Н=10м, К=5м/сут, Х=3м

Принятые: l=2м, h_с=3,5м, d_с=0,064м, t=3сут, =0,2

Рис. 16.

1. Определим радиус влияния:

2. Приток воды на 1 п/м воображаемой траншеи по формуле:

3. Дебит одной скважины Q_c=ql=(10,6-0,106)2=21,2-0,212

4. Уровень воды по линии скважин (для установки ЭИ-2,5 d_c равен диаметру иглофильтра и равен 0,064мм)

5. Решаем совместно уравнения в п.3 и п.4, находим Q_с и h_л.

h_л=3,86м Q_с=18,04м³/сут

6. Сниженный уровень воды на расстоянии 3м от линии иглофильтров:

т.е. уровень воды будет находиться на 1м ниже лотка тоннеля, что удовлетворяет условиям строительства.

4.3. Для кольцевых установок котлованов при напорном движении грунтовых вод

1. Находят приведенный радиус котлована:

2. Радиус влияния иглофильтровой установки:

,

где Т – мощность напорного водоносного слоя, м;

Т₁ – мощность верхнего водоупорного слоя, м;

К₁ – коэффициент фильтрации верхнего водоупорного слоя, м/сут (его следует принимать близким к верхнему возможному пределу коэффициента фильтрации данных грунтов).

3. Приток на 1погм. воображаемой траншеи (водопонизительного контура)

,

где Н – высота горизонта грунтовых вод, м;

Т – мощность напорного водоносного пласта, м.

4. Дебит (приток) одной скважины

Рис. 17.

Q_c=ql

5. Уровень воды по линии скважин

6. Совместно решая уравнения в п.4 и п.5 находим h_л и Q_c.

7. Сниженный уровень в центре котлована:

,

где n – число игл установки.

Пример. Запроектировать осушение котлована глубиной 8м, размером в плане 25х25м. Водоносный горизонт состоит из мелкозернистых песков мощностью 5м. Пъезометрический уровень находится на глубине 2м от поверхности земли, водоупор на глубине 13,5м.

Рис. 18.

Решение: Данные для расчета: исходные: Н₁=11,5, Т=5м, Т₁=6,5м, К=0,1м/сут, F=625м², К=3м/сут, Р=102м.

принятые: h_c=3.5м, l=1.5м, n=67шт,d_c=0.2.

1. Приведенный радиус котлована

2. Радиус влияния установки

3. Приток на 1пог.м. водопонизительной установки

4. Дебит одной скважины: Q=ql=(9,2-0,8h_л)1,5=13,8-1,2h_л.

5. Уровень воды по линии скважин:

6. Решая совместно уравнения п.4 и п.5 находим

h_л=3.6м Q_c=9.5м³/сут.

7. Сниженный уровень в центре котлована:

Сниженный уровень грунтовых вод будет находиться в центре котлована на 1,85м ниже дна. Далее по приложению 4 следует подобрать водопонизительную установку.

4.4. Для линейных установок (траншей) при напорном движении грунтовых вод

1. Определяют расчетный радиус влияния водопонизительной установки:

(см. схему обозначения в п.4.3.)

2. Расход воды, откачиваемой с 1 пог.м воображаемой траншеи (водопонизительной линии)

3. Дебит одной скважины Q_c=ql

4. Уровень воды на линии скважин

5. Совместно решают уравнения п.3 и п.4 и получают значения Q_c и h_л.

6. Сниженный уровень на расстоянии Х от линии скважин

Далее по приложению 4 подбирают водопонизительную установку.

Пример. Для строительства коллектора надо запроектировать водопонижение. Кровля водонапорного слоя ниже отметки дна на 0,5м. Глубина траншеи 4м, пьезометрический уровень напорного пласта ниже дневной нормы поверхности на 1,5м. Напорный водоносный слой из среднезернистых песков толщиной 3м.

Рис. 19.

Решение. Данные для расчета:

исходные: Н=6м,Т=3м, К=10м/сут,К₁=0,1м/сут.

принятые: h_c=1м, l=3м, d_с=0,064м.

1. Радиус влияния установки:

2. Приток воды на 1 пог.м линейной установки (воображаемой траншеи):

3. Дебит одной скважины Q_c=ql=3(12-2h_л)

4. Уровень воды на линии скважин

5. Решаем совместно уравнения в п.3 и п.4

Q_c=27.6м³/сут h_л=1,4м

6. Сниженный уровень воды на расстоянии 8м от линии иглофильтров (у основания откоса противоположного установке)

Таким образом, сниженный уровень грунтовых вод будет находиться на 0,9м ниже дна траншеи у стороны, противоположной установке.

Далее в соответствии с таблицей приложения 4 следует подобрать водопонизительную установку и определить их количество.