Водоотвод необходим для защиты котлованов и траншей от затопления их ливневыми и талыми водами. Для водоотвода обычно используют расположенные с нагорной стороны резервы, кавальеры, а также специально устанавливаемые оградительные обвалования, водоотводящие канавы, лотки и системы дренажей. Канавы или лотки устраивают с продольным уклоном 0,002-0,003, а их размеры и виды креплений принимают в зависимости от расхода ливневых или талых вод и предельных значений неразмывающих скоростей их течения. Воду из всех водоотводящих устройств, а также от резервов и кавальеров отводят в пониженные места, удаленные от возводимых и существующих сооружений.
Водоотлив. Предварительное осушение часто осуществляется при устройстве котлованов и траншей, поскольку большинство сооружений и сетей водоснабжения и водоотведения возводят либо в непосредственной близости от водоемов, либо в условиях обводненных и неучтойчивых грунтов. Выемки (котлованы и траншеи) при небольшом притоке грунтовых вод разрабатывают с применением открытого водоотлива, а если приток значителен и толщина водонасыщенного слоя, подлежащего разработке, большая, то до начала производства работ уровень грунтовых вод (УГВ) искусственно понижают с использованием различных способов закрытого, т.е. грунтового, водоотлива, называемого еще строительным водопонижением.
Работы по строительному водопонижению во многом зависят от принятого метода механизированной разработки котлованов и траншей. Соответственно устанавливают очередность работ как по монтажу водоотливных и водопонизительных установок, их эксплуатации, так и по разработке котлованов и траншей. Например, если котлован размещен на берегу, в пределах поймы реки, то разработку его начинают только после монтажа водопонизительного оборудования, причем так, чтобы понижение уровня грунтовых вод опережало заглубление котлована на 1-1,5 м. Если котлован расположен непосредственно в русле реки (при строительстве, например, водозабора или насосной станции первого подъема), то до работ по водопонижению котлован ограждают со стороны воды специальными дамбами (перемычками). Работы по осушению при этом складываются из удаления воды из отгороженного котлована и последующей откачки воды, фильтрующей в котлован.
Начальное осушение котлованов требуется после ограждения их перемычками. При этом объем воды, подлежащий откачке,
W = V+qt, где
V - объем воды в котловане, м3;
q - приток воды в котловане, м3/ч;
t - продолжительность осушения котлована, ч.
По величине объема начального водоотлива подбирают тип и количество насосных агрегатов. Обычно для откачки воды из неглубоких котлованов, когда глубина воды в них не превышает высоты всасывания, применяют стационарные центробежные насосы, в том числе консольного типа K, размещаемые на перемычке, а при больших глубинах используют плавучие или передвижные насосные установки.
В процессе осушения котлована очень важно правильно выбрать скорость откачки воды, так как очень быстрое осушение может вызывать повреждение перемычек, откосов и дна котлована. Опыты показывают, что в первые дни откачки интенсивность понижения уровня воды в котлованах из крупнозернистых и скальных грунтов не должна превышать 0,5-0,7 м/сут, из среднезернистых - 0,3-0,4 и в котлованах из мелкозернистых грунтов 0,15-0,2 м/сут. В дальнейшем откачку можно увеличить до 1-1,5 м/сут, но на последних 1,2-2 м глубины откачку воды следует замедлить.
Открытый водоотлив предусматривает откачку притекающей воды непосредственно из котлована или траншей. Способ применим в скальных, обломочных, галечниковых и гравийных грунтах, устойчивых против фильтрационных деформаций.
При открытом водоотливе грунтовая вода, просачиваясь через откосы и дно котлована, поступает в водосборные канавы и по ним в приямки (зумпфы), откуда ее откачивают насосами (рис. 11.6, а). Размеры приямков в плане в целях удобства их очистки принимают 1х1 или 1,5х1,5 м, а глубину от 2 до 5 м, в зависимости от требуемой глубины погружения водоприемного рукава насоса. Минимальные размеры приямка назначают из условия обеспечения непрерывной работы насоса в течение 10 мин. Приямки в устойчивых грунтах крепят деревянным срубом из бревен (без дна), а в оплывающих - шпунтовой стенкой и на дне его устраивают обратный фильтр. Примерно также крепят траншеи в неустойчивых грунтах при использовании открытого водоотлива (рис. 11.6, б). Число приямков зависит от расчетного притока воды к котловану и производительности насосного оборудования.
Приток воды к котловану (или дебит) рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод.
 |
1 - дренажная канава; 2 - приямок (зумпф); 3 - пониженный уровень грунтовых вод; 4 - дренажная пригрузка; 5 - насос; 6 - шпунтовое крепление; 7 - инвентарные распорки; 8 - всасывающий рукав с сеткой (фильтром)
Для совершенных котлованов (когда их дно доходит до водоупора) приток воды (м3/сут) при ьезнапорном режиме рассчитывают по формуле Дюпюи
, где
k - коэффициент фильтрации водонасосного пласта, м/сут;
Н - толщина безнапорного водонасосного пласта, м;
R - радиус депрессии, м;
r0 - приведенный радиус котлована, м.
Значение приведенного радиуса для котлованов, имеющих в плане прямоугольную форму,
, где
- коэффициент, зависящий от соотношения B/L (B и L - ширина и длина котлована, м).
| B/L | 0,2 | 0,4 | 0,6 | 0,8 | 1,0 | |
|
| 1,12 | 1,16 | 1,18 | 1,18 | 1,18 |
Для котлованов неправильной формы
, где
F - площадь реального котлована, м2.
Когда котлован не доходит до водоупора (несовершенные котлованы), приток воды в напорных условиях определяют по формуле В.М. Шестакова
 |
, где
m - толщина напорного водоносного пласта, м;
S - заглубление дна котлована относительно неподвижного уровня грунтовых вод, м.
В случае притока к несовершенному котловану безнапорных вод его величину вычисляют по вышеприведенным формулам, рассматривая приток выше дна котлована как безнапорный к совершенному котловану, а поступающий через дно - как напорный.
Коэффициенты фильтрации отдельных слоев грунта определяют, как правило, в процессе инженерных гидрогеологических изысканий, но для предварительных расчетов можно воспользоваться следующими ориентировочными значениями k, м/сут.:
- для галечника - 200;
- гравия - 100-200;
- песка крупного и гравелистого - 50 - 100;
- среднезернистого - 1- - 25 и мелкозернистого - 2 - 10;
- супеси - 0,2 - 0,7;
- суглинка - 0,005 - 0,4;
- глины - 0,005 и менее.
Определив приток воды к котловану, уточняют тип и марку насосов, их количество. При глубине выемок более 7 м применяют как напорные центробежные насосы, так и специальные напорные погружные насосы типа "Гном", способных откачивать загрязненные воды. Насосы этого типа с герметически закрытым двигателем, опущенные на дно приямков, могут работать непрерывно практически без обслуживания и смазки.
Количество насосов или насосных установок для водоотлива
, где
Q - расчетный приток воды к котловану, м3/ч;
- коэффициент резерва мощности насосных установок, равный 1,5;
П - производительность насосной установки.
Системой насосных установок качают воду в водосборный коллектор и по нему отводят ее за пределы котлована. Открытый водоотлив довольно эффективный и простой способ осушения котлованов и траншей. Однако возможно разрыхление или разжижения грунтов в основании и унос части грунта фильтрующейся водой.