2. Открытый водоотлив

Если выемка грунта прорезает слои грунта различной проницаемости, то при соотношении коэффициентов фильтрации не превышающем 1:10, определяют средневзвешенное значение коэффициента фильтрации К по формуле Г.Н.Каменского:

(?)

где – коэффициенты фильтрации этих слоев, м/сут.;

–толщины отдельных слоев, м

При больших соотношениях коэффициентов фильтрации, слои с малыми коэффициентами из расчета исключаются.

В строительстве для удобства производства работ в котловане или траншее, применяют глубину водопонижения так, чтобы дно было не только осушено, но новый уровень грунтовых вод находился ~ на 0,5м ниже дна выемки. Для этого дно котлована или траншеи разрабатывают с уклоном 0,01-0,02 в сторону водосборной канавы. Водосборную канаву, в свою очередь проектируют с уклоном в строну зумпфа (колодца), из которого откачивают поступающую туда грунтовую воду. В мелкозернистых грунтах водосборные канавы, а иногда и откосы траншей и котлованов загружают гравийно-песчаной смесью, которая служит хорошей водопроводящей средой и предохраняет откосы от заплывания.

Количество колодцев сооружается исходя из расчетного притока воды к котловану и производительности насосного оборудования, принятого для откачки воды. Следует иметь в виду , что глубина воды в колодце должна быть такой, чтобы не допускать засасывания атмосферного воздуха и уровень воды над всасывающим звеном не опускался ниже 0,6-0,7 м.

Рис. 2.

Приближенно при безнапорном горизонте величина притока грунтовых вод определяется:

(1)

где q – приток воды на 1м² площади через которую проходит фильтрация, м³/ч;

–площадь дна выемки, м²;

–площадь вертикальных проекций стенок выемки ниже уровня грунтовых вод, м².

Для предварительных расчетов при открытом водоотливе можно принимать, что через 1м² поверхности выемки, располож енной ниже статического уровня грунтовых вод, приток воды составляет (данные получены по результатам пробной откачки), (3):

– для мелкозернистых песков – 0,16м³/час или 0,05 л/с;

– среднезернистых – 0,24 м³/час или 0,07л/с;

– крупнозернистых – 0,30-3,0 м³/час или 0,08-0,8л/с;

– для трещиноватых скалистых пород – 0,15-0,25 м³/час или 0,05-0,07л/с.

Более точно определяют приток грунтовых вод в выемки и производит подбор откачивающих насосов по следующей методике.

2.1 Для траншей

Приток грунтовых вод Q=q·l,

где q – приток на 1 пог. м. траншеи, м³/сут;

l – длина траншеи, м.

Для совершенной траншеи (рис. 1 а) и безнапорного режима:

R=2(H-h₁)

Для несовершенной траншеи (рис. 1 б) и безнапорного режима:

R=2(H₂-h₂)

Для совершенной траншеи (рис. 1 в) и напорного режима:

R=2(H₁-h₁)

Для несовершенной траншеи (рис. 1 г) и напорного режима:

R=2(H₂-h₂)

где m – толщина напорного водоносного, м.

По найденному часовому притоку воды подбирают насосы соответствующей производительности (прилож. 1). На случай выпадения обильных осадков или неисправностей насосов рекомендуется объем поступающей в котлован воды принимать с коэффициентом К₃=1,3 ÷ 2,0

Количество насосов, которые необходимо установить:

где Q – часовой приток, м³/час;

–коэффициент запаса = 1,32,0;

–часовая производительность устанавливаемых насосов.

2.2 Для котлованов

Количество воды, поступающее в совершенный котлован (рис. 2а).

где К – коэффициент фильтрации;

Н – мощность водоносного слоя, высота от УГВ до водоупора, м;

h₁ – высота пониженного горизонта грунтовых вод, м;

R – радиус напорного влияния, м;

r – радиус котлована, м.

Радиус напорного влияния, другими словами, радиус воронки и депрессии можно определить по формуле И.М. Кусакина R=1,95S, где S – требуемое понижение уровня грунтовых вод, м. (Иногда в литературе встречается формула инж. Кусакина в таком виде: R=575S . Следует иметь ввиду, что в этом случае коэффициент фильтрации принимается в м/с).

Рис. 3.

Высоту пониженного уровня грунтовых вод рекомендуется принимать для совершенных котлованов на поверхности водоупора, для несовершенных котлованов – на 0,5 м ниже дна котлована.

Для простоты расчета, котлованы не вытянутые в длину, приводятся к фиктивному равновеликому кругу радиусом Z. Если котлован имеет форму прямоугольника, то

Z=0.25(L+B)

где L и B – длина и ширина котлована, м;

–коэффициент, зависящий от отношения B/L и принимается по таблице 3.

Таблица 3. Значения коэффициента при разных отношениях B/L

B/L	0,05	0,1	0,2	0,3	0,4	0,4	0,6 и более
	1,05	1,08	1,12	1,14	1,16	1,17	1,18

При отношении B/L≥10 принимают = 0,25L.

Для котлованов неправильной формы в плане и водопонизительной установки, расположенной по контуру, близкому к кругу =,

где F – площадь реального котлована, м².

Количество воды, поступающее в несовершенный котлован определяется по формуле (рис. 2б)

Q=1,36К

где Н₀ – высота активной зоны, на которую распространяется включение откачки воды: ее принимают равной 4/3 высоты воды в котловане до начала понижения.

Если ниже дна котлована близко залегает напорный водоносный горизонт, следует определить толщину водоупорного слоя, способного предупредить прорыв воды в котлован (рис. 3). Толщину безопасного слоя вычисляют по зависимости:

где – объемная масса воды, кг/м³;

Н_о – высота напора воды от подошвы проверяемого водоупорного слоя, м;

–объемная масса грунта проверяемого слоя с учетом воды в порах, кг/м³;

h_б – расстояние от дна котлована до подошвы проверяемого слоя, м (толщина подстилающего дно слоя).

Приближенно можно считать Н_о≤2 h_б

Рис. 4.

Пример: Подобрать насосы для осушения траншеи длиной 500 м и глубиной 3,5 м. Грунт галечник, уровень безнапорных грунтовых вод располагается на 0,7 м ниже дневной поверхности, мощность водоносного слоя 10 м.

Рис. 5.

Решение: 1) Дно траншеи не доходит до водоупора: принимаем расчетную схему несовершенной траншеи с безнапорной фильтрацией.

2. Согласно табл. 1 принимаем коэффициент фильтрации К=100 м/сут.

3. Принимаем новый уровень грунтовых вод на 0,5 м ниже дня траншеи.

4. Высота активной зоны, зоны влияния откачки воды Н₂=4/3S= 4/3·3,3=4,4м, где S – глубина водопонижения равная 3,3 м.

5. Расстояние между границей активной зоны и новым уровнем

h₂ = H₂- S = 4,4 – 3,3 = 1,1 м

2. Радиус влияния водоотлива

R = 2(H₂ – h₂)

2. Приток воды на 1 пог. м. в траншею

q =

2. На всю длину траншеи приток составит: Q = q·L = 13,11·500 = 6555 .

3. По таблице из приложения 1 подбираем насос С-204 с часовой производительностью 120м³/час, высотой всасывания 60 КПа.

4. Количество насосов N считаем принимая коэффициент запаса

К₃ = 1,3

N = /

Принимаем три насоса С-204.

Пример. Подобрать насосы для осушения котлована размерами по верху

B x L =25·80м, глубиной 4,5 м. Грунт – гравий с крупным песком, уровень грунтовых вод находится ниже дневной поверхности на 0,5 м, толщина водоносного безнапорного слоя 15 м.

Рис. 6.

Решение:

1. Дно котлована не доходит до водоупора, принимаем расчетную схему несовершенного котлована при безнапорном режиме.

2. Принимаем коэффициент фильтрации К = 120м/сут согласно табл.1.

3. Новый уровень грунтовых вод принимаем на 1 м ниже проектного дна котлована. Глубина понижения грунтовых вод S=5 м.

4. Высота активного слоя грунта Н₀ = 4/3·5 = 6,66 м.

5. Расчетный радиус напорного влияния:

R = 1,95S1,95·5

6. Приведенный радиус котлована r = 0,25η(B+L) = 0.25·1,14(25+80)= 29,9м.

7. Расстояние между границей активной зоны и новым уровнем грунтовых вод

h₀ = H₀- S = 6.66-5 = 1.66 м.

8. Приток воды в котлован

Q= 1,36К.

9. По табл. приложения 1 подбираем насосы типа С-245 с производительностью

П_н = 120м³/час и высотой всасывания 60 кПа.

10. Количество насосов рассчитываем принимая коэффициент запаса

К₃ = 1,3

N =

Принимаем 4 насоса типа С-245.