Руководство по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов

РУКОВОДСТВО

ПО ПРОИЗВОДСТВУ И ПРИЕМКЕ РАБОТ ПРИ УСТРОЙСТВЕ ОСНОВАНИЙ И ФУНДАМЕНТОВ

Руководство содержит дополнительные требования по производству и приемке работ при устройстве оснований и фундаментов зданий и сооружений всех видов и составлено в развитие главы СНиП III-9-74 «Основания и фундаменты. Правила производства и приемки работ».

Руководство предназначено для инженерно-технических работников, связанных с проектированием, устройством и приемкой работ при возведении оснований и фундаментов.

Табл. 86, рис. 168

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее Руководство разработано в развитие главы СНиП III-9-74 «Основания и фундаменты. Правила производства и приемки работ». В Руководстве приводятся дополнительные требования, соблюдение которых необходимо при производстве и приемке работ, связанных с устройством оснований и фундаментов. Руководство разработано на основе выполненных за последние годы научных исследований в области фундаментостроения, отечественного и зарубежного опыта применения прогрессивной технологии строительного производства и новых средств механизации строительно-монтажных работ.

В Руководство включен текст главы СНиП III-9-74, который набран полужирным шрифтом. При нумерации пунктов, формул и таблиц в скобках указаны соответствующие им номера пунктов, формул и таблиц главы СНиП III-9-74.

Руководство разработано ордена Трудового Красного Знамени Научно-исследовательским институтом оснований и подземных сооружений им. Н.М. Герсеванова Госстроя СССР с участием ГПИ Фундаментпроект и ВНИИГС Минмонтажспецстроя СССР, ЦНИИС Минтрансстроя, института Гидроспецпроект Минэнерго СССР, НИИСП Госстроя УССР, Ростовского и Харьковского Промстройниипроекта Госстроя СССР.

В составлении Руководства принимали участие: разд. 1 — д-р техн. наук, проф. Е.А. Сорочан (НИИОСП); разд. 2 — д-р техн. наук, проф. Е.А. Сорочан, канд. техн. наук В.Ф. Жуков (НИИОСП); разд. 3 — канд. техн. наук В.Г. Галицкий (НИИОСП); разд. 4 — инженеры М.Л. Моргулис, В.Д. Антонюк, Д.П. Ефимович, А.В. Зеленцов (ГПИ Фундаментпроект), д-ра техн. наук Б.П. Горбунов и М.И. Смородинов, канд. техн. наук Б.С. Федоров, инж. А.Б. Мещанский (НИИОСП), канд. техн. наук М.Ф. Хасин, инженеры А.Д. Бунтман и В.А. Непомнящий (ин-т Гидроспецпроект) при участии канд. техн. наук Г.А. Разумова (ПНИИИС), инженеров Ю.В. Меркулова и Л.Н. Московской (трест Союзшахтоосушение), редактирование раздела выполнено канд. техн. наук Ю.Г. Трофименковым; разд. 5 — д-р техн. наук, проф. Б.А. Ржаницын, инж. Е.В. Степанова (НИИОСП), [«Силикатизация просадочных грунтов» — кандидаты техн. наук А.Б. Бекетов, В.Н. Баранов, В.Л. Поляков, А.Ф. Селезнев (Ростовский ПромстройНИИпроект); «Термическое закрепление» — кандидаты техн. наук А.М. Гельфандбейн, В.Л. Скрипко, инж. В.П. Лисовский (Харьковский ПромстройНИИпроект); «Цементация, глинизация, битумизация» — инж. А.П. Коржецкий (Гидроспецпроект)]; разд. 6 — д-р техн. наук, проф. Я.А. Дорман (ЦНИИС); разд. 7 — д-р техн. наук М.И. Смородинов, кандидаты техн. наук С.А. Тер-Галустов, Б.С. Федоров, инж. А.А. Арсеньев (НИИОСП), канд. техн. наук Е.М. Перлей, инж. С.П. Шик (ВНИИГС), канд. техн. наук М.Ф. Хасин (Гидроспецпроект), инж. Н.К. Коньков (ГПИ Фундаментпроект), канд. техн. наук М.Г. Янкулин, инж. В.С. Могильный (НИИСП); разд. 8 — кандидаты техн. наук Б.В. Бахолдин, Е.В. Светинский, Ю.О. Таргулян (НИИОСП), инженеры А.А. Ободовский, Р.Е. Ханин (ГПИ Фундаментпроект), д-р техн. наук А.А. Луга, кандидаты техн. наук Н.М. Глотов, А.С. Головачев, И.И. Казей, инж. И.Е. Школьников (ЦНИИС), кандидаты техн. наук Е.М. Перлей, (ВНИИГС); разд. 9 — д-р техн. наук М.И. Смородинов, канд. техн. наук С.А. Тер-Галустов, инж. А.А. Арсеньев (НИИОСП), канд. техн. наук Е.М. Перлей, инж. А.Я. Серебро (ВНИИГС), д-р техн. наук А.А. Луга, канд. техн. наук Е.А. Тюленцев (ЦНИИС), инж. Н.К. Коньков (ГПИ Фундаментпроект).

Руководство разработано под общей редакцией д-ра техн. наук, проф. Е.А. Сорочана и канд. техн. наук Б.С. Федорова.

Замечания и предложения просьба направлять по адресу: 109389, Москва, Ж-389, 2-я Институтская, 6.

Раздел 1

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 (1.1). Требования настоящей главы должны соблюдаться при производстве и приемке работ по устройству оснований и фундаментов зданий и сооружений всех видов.

1.2. Отдельные виды работ, перечисленные в п. 1.1, при возведении мостов, автодорог, гидротехнических и мелиоративных и других сооружений должны выполняться с учетом особенностей этих сооружений.

1.3. Земляные, каменные, бетонные и другие работы должны производиться с учетом требований соответствующих глав СНиП или других документов, утвержденных Госстроем СССР или с ним согласованных.

1.4 (1.2). Очередность и способы производства работ по устройству оснований и фундаментов должны быть взаимно увязаны с работами по прокладке подземных инженерных коммуникаций, строительству подъездных дорог на стройплощадках и другими работами «нулевого цикла».

1.5. Работы «нулевого цикла», включая подготовку основания, возведение фундаментов и сопутствующие им другие работы, должны выполняться по единому графику производства работ с соблюдением необходимой технологической последовательности.

Работы по устройству оснований и фундаментов без проектов производства работ запрещаются. Проект производства работ разрабатывается на основе общего проекта и проектной документации по организации строительства и производству работ.

1.6. Необходимость при устройстве подземной части сооружения применения водопонижения, уплотнения и закрепления грунта, устройства шпунтовых ограждений, замораживания грунта, возведения фундаментов методом «стена в грунте» и проведения других работ устанавливается проектом сооружения, а организация работ — проектом организации строительства.

Необходимость выполнения перечисленных работ может быть установлена и в процессе разработки проекта производства работ по устройству оснований и фундаментов или при вскрытии котлованов и устройстве оснований и фундаментов. В этих случаях решение об их выполнении принимается проектной и строительной организацией совместно с заказчиком.

1.7 (1.3). Выбор способа производства работ по устройству оснований и фундаментов должен учитывать данные инженерно-геологических изысканий, выполненных при проектировании объекта. В случае несоответствия фактических инженерно-геологических условий участка учтенным в проекте должны быть произведены дополнительные исследования грунтов.

1.8. Дополнительные исследования грунтов производятся также при устройстве подсыпок, используемых в качестве оснований, при необходимости искусственного замораживания грунтов при проходке котлованов и т.п. Объем дополнительных исследований устанавливают изыскательская и проектная организации по согласованию с заказчиком.

1.9. Отступление от проекта производства работ допускается лишь при обнаружении несоответствия фактических инженерно-геологических и гидрогеологических условий, принятых в проекте. В этом случае в проект вносятся соответствующие изменения.

1.10. Работам по устройству оснований и фундаментов должны предшествовать планировка строительной площадки, мероприятия по отводу поверхностных вод, устройство дорог и разбивочные работы.

1.11. Работы по устройству оснований и фундаментов могут быть начаты только при наличии необходимой технической документации (рабочие чертежи сооружения, проект производства работ, разрешение на производство работ и т.д.).

При производстве работ должны соблюдаться правила Госгортехнадзора, технической инспекции и т.д., правила производства работ при прокладке и переустройстве подземных сооружений, благоустройстве городских территорий и устройстве дорожных покрытий, а также положения об охране подземных и надземных инженерных сооружений.

1.12. Строительно-монтажные, погрузочно-разгрузочные и специальные работы должны выполняться с соблюдением правил техники безопасности, пожарной безопасности, производственной санитарии и правил, оговоренных в разделах данного руководства.

1.13 (1.4). Применяемые при устройстве оснований и фундаментов материалы, изделия и конструкции должны удовлетворять требованиям проекта, соответствующих государственных стандартов и технических условий.

1.14 (1.5). Законченные при устройстве оснований и фундаментов отдельные ответственные конструкции должны приниматься техническим надзором заказчика с составлением актов промежуточной приемки этих конструкций.

1.15. В процессе возведения оснований и фундаментов должны вестись журналы работ, указанные в разделах настоящего Руководства, а при необходимости и дополнительные журналы работ.

1.16 (1.6). При возведении фундаментов на грунтах с особыми свойствами (просадочные, насыпные, вечномерзлые и др.), а также под особо ответственные сооружения в период строительства должны быть организованы наблюдения за перемещениями фундаментов и деформациями сооружения. Объекты и методика наблюдений устанавливаются в проекте с учетом затрат, необходимых для устройства реперов и марок и осуществления наблюдений.

После окончания строительства наблюдения должны быть продолжены эксплуатирующей организацией.

1.17. Измерение перемещений следует начинать сразу после устройства фундаментов.

Раздел 2

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ОСНОВАНИЯ

2.1 (2.1). При использовании грунтов в качестве естественных оснований должны применяться методы строительных работ, не допускающие ухудшения природных свойств грунтов и качества подготовленного основания вследствие замачивания, размыва грунтовыми и поверхностными водами, повреждения механизмами и транспортными средствами, промерзания и выветривания.

Перерыв между окончанием разработки котлована и устройством фундамента, как правило, не допускается. При вынужденных перерывах должны быть приняты меры к сохранению природных свойств грунта. Зачистка дна котлована должна производиться непосредственно перед устройством фундамента.

2.2 Сохранение природной структуры грунтов в основании включает:

защиту котлована от попадания поверхностных вод;

ограждение котлована и грунтов основания водонепроницаемой стенкой (шпунтовой, ледогрунтовой и т.п.) с погружением ее на 1 м в слой относительно водоупорного грунта (глина, суглинок);

снятие гидростатического давления путем глубинного водоотлива из подстилающих слоев, содержащих воды;

исключение притока воды в котлован через дно путем временного понижения уровня грунтовых вод с помощью иглофильтровых установок, водослива из скважин-фильтров при песчаных грунтах или электроосмоса при супесях и ленточных глинах и суглинках;

исключение динамических воздействий во время откопки котлованов землеройными машинами (путем оставления защитного слоя грунта недобора);

защиту грунта основания от промерзания, сохранение мерзлого состояния грунтов при принципе I.

2.3. Размеры котлована в плане должны назначаться по проектным габаритам фундамента с учетом конструкции его ограждения и крепления, конструкции опалубки и способов водоотлива и сооружения фундамента.

2.4. В рабочих чертежах котлована должны быть данные о расположении в пределах котлована надземных, подземных сооружений и коммуникаций, указаны горизонты грунтовых, меженных и высоких вод, а также рабочий горизонт воды.

2.5 До начала разработки котлована должны быть выполнены:

разбивка котлована с надежным закреплением его осей и размеров;

предусмотрены проектом планировка территории и устройства для отвода поверхностных и грунтовых вод;

перенос при необходимости надземных и подземных коммуникаций или сооружений;

ограждение котлована (в необходимых случаях).

2.6. Перенос (переустройство) действующих подземных коммуникаций и разработка грунта в местах их расположения допускаются лишь при наличии письменного разрешения организации, ответственной за эксплуатацию коммуникаций, и должны производиться с принятием мер против их повреждения.

В местах расположения силовых сетей, междугородной связи, телетрансляционных, а также газопроводов работы должны производиться в присутствии представителей организаций, эксплуатирующих указанные сети и газопроводы.

2.7. В процессе устройства котлованов и фундаментов должен быть установлен постоянный надзор за состоянием грунта, ограждений и креплений котлована, за фильтрацией воды и соблюдением правил техники безопасности.

2.8 (2.2). Работы по сооружению фундаментов в вечномерзлых грунтах должны осуществляться с учетом:

состава, особенностей залегания, физико-механических свойств и температурного режима грунтов;

состояния вечномерзлых грунтов при оттаивании, наличия поверхностных и подземных вод, подземных льдов и термокарста, наледей, бугров пучения и их режима;

толщины и времени установления снежного покрова;

выполнения мероприятий по поддержанию принятых температурных режимов грунтов.

2.9. Механизмы для разработки мерзлых грунтов, проходки скважин под сваи и их погружения, а также оборудования для оттаивания мерзлых грунтов выбирают в зависимости от содержания крупнообломочных частиц в грунте и температуры мерзлого грунта.

При малом количестве крупнообломочных частиц (не более 10%) и температуре мерзлого грунта выше минус 1,5 °C (пластичномерзлые грунты) допустимо непосредственно погружать сваи и оборудование в грунт.

2.10 (2.3). Возведение фундаментов на основаниях из насыпных грунтов допускается в случаях, предусмотренных проектом, после подготовки основания с учетом состава и состояния грунтов и в соответствии с принятым решением по способу их отсыпки и уплотнения.

Использование в качестве оснований насыпей из шлака и других негрунтовых материалов допускается при наличии специальных указаний, разработанных в проекте и предусматривающих порядок производства, технологию и контроль качества работ.

2.11. Котлованы и поперечные прорези, устраиваемые в насыпи и конусах устоев, а также котлованы, устраиваемые вблизи существующих насыпей, опор мостов и других надземных и подземных сооружений и коммуникаций, находящихся в пределах призмы обрушения, должны выполняться по рабочим чертежам, согласованным с заинтересованными организациями.

В рабочих чертежах должны быть детально разработаны: конструкция ограждения и крепления стенок котлована или прорези, конструкция перекрытия прорези, способ разработки и способ осушения (водоотлива) котлована, обеспечивающие сохранность существующих конструкций и сооружений, безопасность движения транспорта и производства работ.

2.12. Защиту котлована от поступления грунтовых вод следует осуществлять методами, изложенными в разделе 4 настоящего Руководства по мере углубления котлована. При этом мероприятия по отводу воды должны опережать земляные работы.

2.13. Котлованы должны разрабатываться, как правило, участками, не превышающими 1000 м2 в летних условиях и 300 м2 в зимних условиях.

2.14. Разработка котлованов непосредственно около фундаментов существующих зданий и сооружений, а также действующих подземных коммуникаций должна производиться лишь при условии принятия мер против возможных деформаций и нарушений устойчивости откосов котлованов и существующих сооружений и коммуникаций.

Мероприятия, обеспечивающие сохранность существующих зданий, сооружений и коммуникаций, должны быть разработаны в проекте и согласованы с организациями, которые их эксплуатируют.

2.15. Грунт из котлована может складироваться на бровке, с обеспечением устойчивости стен котлована, при этом не должно создаваться препятствий для производства работ.

2.16. Воду из котлованов, разрабатываемых с водоотливом, следует откачивать из вырытых в пониженных местах водосборных колодцев, огражденных деревянными или металлическими ящиками. Водосборные колодцы надлежит располагать вне пределов площади фундамента. Режим водоотлива должен исключать нарушение структуры грунта основания, а также структуры грунта в основании расположенных вблизи сооружений.

В процессе откачки воды из колодцев следует своевременно и обязательно устанавливать предусмотренные проектом распорные крепления, если последние не входили в состав каркаса ограждения.

2.17 (2.4). Крепления котлованов должны быть, как правило, инвентарными (за исключением случаев крепления небольших котлованов, траншей и приямков сложной конфигурации, разрабатываемых вручную). Крепления должны выполняться так, чтобы они не препятствовали производству последующих работ по устройству фундаментов. Последовательность разборки креплений должна обеспечить устойчивость стенок котлованов до окончания работ по устройству фундаментов.

Применяемый для крепления котлованов стальной шпунт должен допускать возможность его извлечения и последующего использования.

2.18. При разработке котлована в водонасыщенных грунтах следует предусматривать меры, исключающие их наплыв в котлован.

2.19. В случае, если основание сложено водонасыщенными мелкими и пылеватыми песками или глинистыми грунтами текучепластичной и текучей консистенции, должны быть приняты меры по защите их от возможных нарушений при движении землеройных и транспортных машин.

2.20. Величина недобора грунта устанавливается проектом и уточняется в процессе работы. Изменение величины недобора грунта должно быть согласовано с проектной организацией.

2.21. Случайные переборы грунта в котловане должны быть восполнены местным или песчаным грунтом с тщательным уплотнением. Заполнение перебора глубиной не более 50 см глинистым грунтом разрешается при его консистенции менее 0,5. Вид грунта заполнения и степень уплотнения должны быть согласованы с проектной организацией.

2.22. Основания, нарушенные при производстве работ (за счет промерзания, затопления, перебора грунта и т.д.), должны быть восстановлены способом, согласованным с проектной организацией.

2.23. В случае отрывки котлована при переменной глубине заложения фундаментов грунт должен разрабатываться способами, обеспечивающими сохранение структуры грунта в уступах основания.

2.24 (2.5). Разработка грунта в котлованах или траншеях при переменной глубине заложения фундаментов должна вестись уступами. Отношение высоты уступа к его длине устанавливается проектом, но должно быть не менее: при связных грунтах 1:2, при несвязных грунтах 1:3.

2.25 (2.6). Грунты в основании, не соответствующие в природном залегании требуемой проектом плотности и водонепроницаемости, следует доуплотнять с помощью уплотняющих средств (катков, тяжелых трамбовок и др.).

Степень уплотнения, выражаемая объемным весом скелета грунта, должна быть задана в проекте и должна обеспечивать повышение прочностных свойств грунта, уменьшение его деформативности и водопроницаемости.

2.26. Методы устройства насыпей, подушек, обратных засыпок, а также уплотнения грунта устанавливаются проектом и уточняются проектом производства работ в зависимости от назначения и требуемой степени уплотнения, вида и состояния грунтов, объема работ, имеющихся средств механизации, сроков производства работ и др.

2.27 (2.7). Засыпка пазух грунтом и его уплотнение должны выполняться с обеспечением сохранности гидроизоляции фундаментов и стен подвалов, а также расположенных рядом подземных коммуникаций (кабелей, трубопроводов и др.).

2.28. Работы по засыпке пазух следует производить сразу после устройства перекрытий над подвалами; не допускается оставлять открытыми пазухи длительное время.

2.29 (2.8). Засыпка пазух должна доводиться до отметок, гарантирующих надежный отвод поверхностных вод. В зимних условиях грунт для засыпки пазух должен быть талым.

2.30. Устройство фундаментов надлежит производить немедленно после приемки основания комиссией и подписания акта, разрешающего приступить к устройству фундамента.

Не допускаются перерывы более двух суток между окончанием разработки котлованов и устройством фундамента. При более длительных перерывах должны быть приняты меры против обводнения котлованов поверхностными водами, промораживания талых пучинистых грунтов, изменения температурного режима основания из вечномерзлых грунтов, если проектом предусмотрено сохранение их в мерзлом состоянии.

2.31 (2.9). Во время возведения фундамента поступающую в котлован воду надлежит откачивать, не допуская затопления свежего слоя бетона или раствора до приобретения ими не менее 30% проектной прочности. Для предупреждения вымывания раствора из кладки должны быть устроены водосборные колодцы и водоотводные лотки. Водоотлив из котлованов следует выполнять с учетом требований раздела 4 настоящей главы.

В случаях устройства дренажей необходимо соблюдать требования к составу, размерам и свойствам дренирующих материалов, а также к соблюдению заданных уклонов дренажей.

2.32. При особо сильном притоке воды, удаление которой может вызвать вымывание раствора и наплыв грунта в котлован, необходимо устраивать тампонажную подушку из бетона, укладываемого подводным способом. Толщину подушки назначают по проекту производства работ, но не менее 1 м при напоре воды до 3 м.

2.33. Монтаж сборных фундаментов должен выполняться кранами, расположенными за пределами подготовленных участков основания.

Поверхность основания, сложенного глинистыми грунтами, должна быть выровнена подсыпкой из песка (кроме пылеватого) слоем 5 — 10 см, горизонтально спланированного. В случае песчаного основания его поверхность планируется с использованием того же песка.

2.34. При возведении монолитных фундаментов, как правило, устраивают подготовку из уплотненного слоя щебня или тощего бетона, обеспечивающую надежную установку арматуры и не допускающую утечки раствора из бетонной смеси бетонируемого фундамента.

2.35. Если основание сложено глинистыми грунтами консистенции выше 0,5 или водонасыщенными песками, уплотнение следует выполнять легкими катками или трамбовками.

2.36 (2.10). При переменной глубине заложения фундамента возведение его должно вестись, начиная с нижних отметок основания. Вышерасположенные участки или блоки фундамента надлежит укладывать на основание с предварительным уплотнением засыпки пазух нижележащих участков или блоков.

2.37 (2.11). Если грунты основания должны быть сохранены в вечномерзлом состоянии, то разработку котлованов и устройство фундаментов следует выполнять, как правило, при устойчивой среднесуточной температуре воздуха ниже 0 °C. В случае разработки котлованов при положительной температуре необходимо принять меры по защите основания от оттаивания. Производить обогрев возводимых фундаментов способами, которые могут вызвать оттаивание грунта основания, запрещается.

Если грунты основания используются в оттаявшем состоянии, то разработка котлована может производиться в любое время года. При этом не должно допускаться промерзание пучинистых грунтов.

2.38. Мероприятия по соблюдению требуемого температурного режима грунтов указываются в проекте оснований и фундаментов и должны выполняться с начала строительных работ. При отсутствии таких указаний или необходимости разработать мероприятия в связи с изменением календарного графика работ они должны быть согласованы с проектной организацией.

При длительной задержке в строительстве или его консервации необходимо, чтобы на этот срок было обеспечено в соответствии с проектом: при принципе I — воздействие охладительной системы (вентилируемого подполья и т.д.), создающей и поддерживающей проектный температурный режим грунтов основания; при принципе II — тепловое воздействие здания или сооружения.

2.39. После проведения предпостроечных работ по замораживанию или охлаждению основания (при принципе I) или по оттаиванию основания (при принципе II) разрешение на производство работ по возведению фундаментов может быть выдано только при предъявлении материалов контрольных наблюдений и проверки соответствия выполненных работ требованиям проекта (по обеспечению температурного состояния грунтов в основании, по осадке основания при предпостроечном оттаивании грунтов и т.п.).

Программа контрольных наблюдений составляется проектной организацией.

2.40 (2.12). До начала работ по устройству фундаментов подготовленное основание должно быть принято по акту комиссией с участием заказчика и подрядчика, а при необходимости — представителя проектной организации.

Комиссия должна установить соответствие расположения, размеров, отметок дна котлована, фактического напластования и свойств грунтов учтенным в проекте, а также возможность заложения фундаментов на проектной или измененной отметке.

Проверка отсутствия нарушений природных свойств грунтов основания или качества их уплотнения в соответствии с проектными должна при необходимости сопровождаться отбором образцов для лабораторных испытаний, зондированием, пенетрацией и др.

2.41. В случае, если комиссией установлено значительное расхождение между фактическими и проектными характеристиками грунта основания и необходимость пересмотра проекта, решение о проведении дальнейших работ должно приниматься при обязательном участии представителя проектной организации и заказчика.

2.42 (2.13). При возведении фундаментов необходимо контролировать глубину их заложения, размеры и расположение в плане, устройство отверстий и ниш, выполнение гидроизоляции и качество примененных материалов и конструкций. На устройство (подготовку) основания и на устройство гидроизоляции фундаментов обязательно составление актов освидетельствования скрытых работ.

2.43. Контроль качества и приемка работ должны вестись систематически техническим персоналом строительной организации и выполняться представителями авторского надзора и заказчика с привлечением представителя строящей организации, а также геолога для проверки и приемки оснований.

2.44. Результаты контроля должны фиксироваться записью в журнале производства работ, актом промежуточной проверки или актом приемки скрытых работ, в том числе актом приемки отдельного подготовленного участка основания.

2.45. Контроль должен включать проверку выполнения требований проекта оснований и фундаментов, проекта производства работ, а также указаний соответствующих глав СНиП.

При проверке должно быть обращено внимание на:

соблюдение необходимых недоборов грунта, недопущение переборов и нарушения структуры грунта основания;

недопущение нарушения структуры грунта при срезке недоборов, подготовке оснований и укладке блоков фундаментов;

предохранение грунтов оснований от подтапливания грунтовыми и поверхностными водами с размягчением и размывом верхних слоев основания;

соответствие характеристик вскрытых грунтов основания предусмотренным в проекте;

достижение достаточного и однородного уплотнения песчаных подушек, а также обратных засыпок и подготовок под полы;

достаточность примененных мер по защите грунтов основания от промерзания;

соответствие фактической глубины заложения и размеров фундаментов, а также их конструкции и качества примененных материалов, предусмотренных в проектах.

2.46. Отсутствие нарушений природных свойств грунтов основания и соответствие этих свойств предусмотренным в проекте допускается проверять визуально. В сомнительных случаях следует применять пенетрацию, зондирование, отбор образцов грунта для испытаний и др.

При больших отклонениях от проектных данных должно быть выполнено, кроме того, испытание грунтов пробными нагрузками и принято решение о необходимости разработки поправок либо к проекту оснований и фундаментов, либо к проекту производства работ.

2.47. Проверку однородности и достаточности выполненного уплотнения грунтов в естественном залегании или подушек следует осуществлять полевыми методами (зондированием, изотопами и пр.) и выборочным определением объемного веса скелета грунта по отобранным образцам из каждого уплотненного слоя грунта.

2.48 В актах приемки оснований, составляемых по мере подготовки последних, необходимо:

привести оценку соответствия грунтов основания предусмотренным в проекте;

указать поправки, внесенные в проект оснований и фундаментов, а также в проект производства работ после промежуточных проверок оснований;

дать рекомендации по дальнейшим работам.

2.49 К актам приемки оснований должны быть приложены:

материалы испытаний грунтов, выполненных как в процессе текущего контроля производства работ, так и при приемке основания;

акты промежуточных проверок и приемок скрытых работ;

журналы производства работ;

рабочие чертежи по фактически выполненным работам.

Раздел 3

УПЛОТНЕНИЕ ПРОСАДОЧНЫХ ГРУНТОВ

А. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

3.1 (3.1). Для уплотнения просадочных грунтов следует применять способы:

в пределах деформируемой зоны основания или ее части — поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками, устройство грунтовых подушек и вытрамбовывание котлованов заданной формы и глубины;

в пределах всей просадочной толщи основания — глубинное уплотнение грунтовыми сваями и предварительное замачивание.

Выбор одного или сочетания нескольких способов уплотнения определяется проектом.

3.2. Поверхностное уплотнение тяжелыми трамбовками производится путем свободного сбрасывания трамбовки весом 3 — 7 тс с высоты 4 — 8 м. Трамбование производят по всей площади сооружения или в отдельных котлованах, где расположены фундаменты.

Поверхностное уплотнение грунта тяжелыми трамбовками отличается от послойного уплотнения тем, что плотность (объемный вес скелета) грунта уменьшается с глубиной (рис. 1).

Рис. 1. График изменения объемного веса скелета лессовидного грунта по глубине

1 — до уплотнения; 2 — после уплотнения трамбовкой диаметром 1,6 м, весом 5,5 т; 3 — отметка поверхности после трамбования; 4 — граница достаточно уплотненного слоя для просадочных грунтов

3.3. Трамбованием создается уплотненный слой грунта толщиной 1,5 — 3,5 м в зависимости от веса трамбовки, площади ее рабочей поверхности, высоты сбрасывания, числа ударов, вида грунта, его плотности и влажности.

Поверхностное уплотнение применяется в целях:

увеличения плотности грунта;

обеспечения равномерной осадки зданий и промышленных сооружений, возводимых на просадочных грунтах;

уменьшения водопроницаемости глинистых грунтов в основании сооружений (бассейнов, отстойников, резервуаров для воды и т.п.).

3.4. Поверхностное уплотнение трамбовкой чаще всего применяется на площадках с I типом грунтовых условий по просадочности. При этом для сравнительно небольших по ширине фундаментов (до 1,5 — 2 м) оно оказывается, как правило, достаточным для полной ликвидации просадочных свойств грунтов в пределах всей деформируемой зоны от нагрузки фундаментов. При большой глубине деформируемой зоны, значительно превышающей глубину уплотнения, а также при необходимости полного устранения возможности просадки грунтов основания фундаментов поверхностное уплотнение осуществляется в комбинации с устройством грунтовой подушки необходимой толщины.

На площадках с II типом грунтовых условий по просадочности поверхностное уплотнение полностью или частично устраняет просадку грунта только от нагрузки фундаментов и применяется в сочетании с водозащитными и конструктивными мероприятиями. При необходимости полного устранения просадочных свойств грунтов на всю их толщину поверхностное уплотнение применяется в сочетании с предварительным замачиванием, уплотнением грунтовыми сваями для доуплотнения верхнего, разрыхленного буферного слоя грунта.

3.5 В настоящем разделе Руководства приняты следующие обозначения:

уплотненный слой — слой, в пределах которого происходит увеличение плотности грунта по сравнению с плотностью его в природном сложении.

Толщина достаточно уплотненного слоя, т.е. слоя в пределах которого просадочные свойства грунтов полностью устранены, определяется значением плотности, при которой уплотненный грунт не обладает просадочными свойствами. Для полного устранения просадочных свойств грунты должны уплотняться до плотности (объемного веса скелета грунта) .

Удельное статическое давление трамбовки на грунт должно составлять не менее 0,2 кгс/см2;

граница достаточно уплотненного слоя в толще уплотненного грунта, выше которой плотность грунта соответствует требованиям проекта;

отказ — предельная величина понижения поверхности уплотняемого грунта от одного удара трамбовки в конце процесса трамбования;

уплотнение до отказа — уплотнение грунта таким числом ударов, после которого наблюдается отказ.

Трамбование после получения отказа не допускается, так как приводит к выпиранию грунта в поверхностном слое, разрушению структуры глинистых грунтов и увеличению толщины верхнего разрыхленного слоя.

3.6. Поверхностное уплотнение применяется при грунтах со степенью влажности G <= 0,7 и производится при оптимальной влажности.

Оптимальная влажность Wо определяется по формуле

Wо = Wр — (0,01 — 0,03), (1)

где Wр — влажность на границе раскатывания.

В летнее время значение Wо принимается на 0,02 — 0,03 в зависимости от условий испарения.

3.7. Грунтовая подушка — слой уплотненного грунта — устраивается путем послойной отсыпки местных грунтов в пределах деформируемой зоны основания с последующим их уплотнением укаткой или трамбованием.

Отсыпке грунта предшествует отрывка котлована глубиной, превышающей отметку заложения фундаментов на принятую в проекте толщину грунтовой подушки. Дно котлована планируется под одну отметку или отдельными террасами. Верхний слой разрыхленного при планировке грунта уплотняется до проектной плотности, после чего производится отсыпка грунта в подушку отдельными слоями. Для отсыпки подушек используются местные грунты оптимальной влажности. Толщина слоев назначается в зависимости от используемого оборудования. После уплотнения каждого слоя проверяется качество выполненных работ и при обеспечении требуемой плотности производятся отсыпка и уплотнение следующего слоя.

Грунтовые подушки целесообразно устраивать толщиной 1 — 4 м.

3.8. Устройство грунтовых подушек обеспечивает создание в основании фундаментов слоя непросадочного грунта с малой сжимаемостью в водонасыщенном состоянии и низкой фильтрационной способностью. Грунтовые подушки допускается устраивать для создания водонепроницаемого экрана, препятствующего интенсивному замачиванию залегающих ниже подушки просадочных грунтов.

3.9. Грунтовые подушки устраивают в котлованах по всей площади сооружения или под отдельными фундаментами.

Грунтовые подушки применяют, когда степень влажности просадочного грунта G > 0,7, когда не может быть осуществлено поверхностное уплотнение грунтов, а также при необходимости получения уплотненного слоя грунта значительной толщины.

3.10. При устройстве грунтовых подушек в пределах всей толщины деформируемой зоны от нагрузки фундаментов на площадках с I типом грунтовых условий по просадочности здания и сооружения возводятся как на обычных непросадочных грунтах без применения дополнительных мероприятий.

На площадках со II типом грунтовых условий по просадочности устройство грунтовой подушки устраняет просадку грунта только от нагрузки фундаментов в пределах толщины подушки. Для исключения просадки грунта от собственного веса при аварийном замачивании необходимо дополнительно применять водозащитные и конструктивные мероприятия.

3.11. Вытрамбовывание котлованов под отдельные фундаменты заданной формы и глубины производится путем сбрасывания трамбовки весом 1,5 — 5,5 тс по направляющей с высоты 6 — 8 м. При этом одновременно сочетается два процесса: отрывка котлована и уплотнение грунта в основании котлована, что обеспечивает устранение просадки грунта на площадках с I типом грунтовых условий и достаточно высокую несущую способность основания.

3.12. В результате вытрамбовывания котлована в его основании образуется уплотненная зона с плотностью грунта 1,6 — 1,95 тс/м3. Грунт при такой плотности утрачивает просадочные свойства и имеет повышенные прочностные и деформационные характеристики (рис. 2). Например, удельное сцепление грунта после вытрамбовывания увеличивается в 5 — 10 раз, модуль деформации — в 2 — 5 раз. Все это обусловливает резкое увеличение несущей способности грунта и уменьшение его сжимаемости, позволяя существенно уменьшить размеры фундаментов.

Рис. 2. Изменение плотности уплотненных грунтов

а — по глубине от дна вытрамбованного котлована; б — в сторону от оси котлована на глубине 0,2 м от его дна; 1 — вытрамбованный котлован; 2 — граница уплотненной зоны под котлованом

3.13. Метод устройства столбчатых фундаментов в вытрамбованных котлованах применяется при строительстве легких каркасных зданий с нагрузками на фундамент 80 — 120 тс в просадочных грунтах с I типом грунтовых условий по просадочности, а также в грунтах со II типом при условии, что суммарная величина осадки и просадки при действии заданной нагрузки на фундамент и от собственного веса грунта не превышает допустимой величины (10 — 12 см). Допускается применение этого метода после уплотнения просадочных грунтов предварительным замачиванием при степени влажности грунта G < 0,7.

3.14. Последовательность работ по вытрамбовыванию котлованов и возведению фундаментов следующая. На очищенной от растительного слоя поверхности вытрамбовывается котлован трамбовкой, падающей по направляющей штанге в одно и то же место (рис. 3). Форма и размеры трамбовки определяются заданными формой и размерами котлована. В готовый котлован устанавливается сборный фундамент или укладывается монолитный бетон с устройством стакана для колонны при устройстве монолитного фундамента, что обеспечивает плотное прилегание стенок и подошвы фундамента к грунту, полностью исключает засыпку пазух грунтом и включает в работу уплотненный грунт, не только расположенный под подошвой фундамента, но и прилегающий к его боковым стенкам.

Рис. 3. Экскаватор с навесным оборудованием для вытрамбовывания котлованов

1 — экскаватор; 2 — направляющая штанга; 3 — прямоугольная трамбовка

3.15. Трамбовка, представляет собой усеченный конус с уклоном сторон 1:10 и в плане может иметь форму круга или прямоугольника (рис. 4). Изготовляют трамбовку из листового металла и заливают монолитным бетоном из расчета, чтобы статическое давление на грунт составляло не менее 0,3 кгс/см2. Трамбовку крепят к тросу главной лебедки подъемного механизма и в процессе вытрамбовывания перемещают по вертикальной направляющей штанге, шарнирно-соединенной со стрелой крана или экскаватора. Для выхода воздуха из-под днища трамбовки при ударе в трамбовке предусмотрено сквозное вертикальное отверстие диаметром 200 — 250 мм.

Рис. 4. Навесное оборудование к экскаватору для вытрамбовывания котлованов

а — трамбовка; б — направляющая штанга

Направляющую штангу (рис. 4, б) выполняют из прокатного металла или трубы диаметром 200 — 220 мм, длиной 900 — 1200 см (в зависимости от вылета стрелы и грузоподъемности механизма). Закрепление штанги в грунт осуществляется с помощью опорной плиты со штырями.

3.16. Глубинное уплотнение просадочных грунтов грунтовыми сваями осуществляется за счет вытеснения грунта в стороны при пробивке скважин или расширении скважин-шпуров энергией взрыва. Полученные скважины засыпают местным глинистым грунтом с послойным уплотнением для сохранения нового состояния плотности грунта.

Глубинное уплотнение обеспечивает создание уплотненного слоя толщиной 5 — 22 м. При большей толщине слоя целесообразность уплотнения устанавливается на основе опытных работ.

3.17 Глубинное уплотнение применяется в целях:

устранения просадочных свойств грунтов со степенью влажности G <= 0,7 и доведения плотности грунта до величины  при одновременном сокращении возможной величины осадки сооружений;
получения противофильтрационных завес вокруг отдельных сооружений или фундаментов из уплотненного грунта с доведением плотности грунта до  и значения коэффициента фильтрации KФ = 5·10-7 см/с.

Для достижения установленной проектом плотности расстояния между осями грунтовых свай должны быть равны 2 — 5 диаметрам сваи.

3.18. Глубинное уплотнение грунтовыми сваями следует производить с доуплотнением верхнего разрыхленного (буферного) слоя грунта тяжелыми трамбовками.

3.19. Уплотнение просадочных грунтов предварительным замачиванием основывается на способности их самоуплотняться при замачивании под действием собственного веса на площадках со II типом грунтовых условий. Уплотнение просадочных грунтов от собственного веса происходит с некоторой глубины, на которой напряжения от собственного веса водонасыщенного грунта превышают величину начального просадочного давления. Поэтому метод предварительного замачивания грунтов обеспечивает уплотнение просадочных грунтов только в пределах их нижней толщи, а верхние слои грунта остаются неуплотненными.

3.20. Для устранения просадочных свойств всей толщи, начиная с отметки заложения фундаментов, метод предварительного замачивания в необходимых случаях применяют в комбинации с другими методами, устраняющими просадочные свойства верхнего слоя грунта в пределах деформируемой зоны основания (уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками, устройство грунтовых подушек, грунтовыми сваями и т.п.).

3.21. Предварительное замачивание грунта производится с поверхности дна котлованов глубиной 0,5 — 1 м с постоянно поддерживаемым уровнем воды высотой не менее 0,3 м, а в отдельных случаях — при значительной толщине просадочного слоя — через пробуренные дренажные скважины.

3.22. В процессе проведения предварительного замачивания систематически наблюдают за просадкой грунта по поверхностным и глубинным маркам путем их нивелирования относительно неподвижного репера или системы временных реперов, расположенных вне зоны развития просадки на расстоянии, равном двойной толщине слоя просадочного грунта.

3.23. Замачивание грунтов производят до достижения условной стабилизации просадки, принимаемой менее 1,5 мм в сутки в течение последних пяти дней замачивания.

3.24. Подача воды в котлован при замачивании прекращается, когда скорость просадки грунта не превышает 1,5 мм за сутки. При достижении этой скорости просадки и снижения влажности грунта в верхнем слое до величины, допускающей работу строительных машин, производится доуплотнение верхнего слоя грунта в основании, а затем возводятся фундаменты согласно проекту.

Б. ОБЩИЕ ПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

3.25 (3.2). При устройстве оснований на просадочных грунтах должны быть приняты меры, обеспечивающие сток атмосферных вод со строительной площадки. Размещение временных сооружений и складов, а также отвалов грунта не должно препятствовать стоку этих вод. Снег из котлованов и канав должен незамедлительно убираться за их пределы в низовую сторону рельефа.

Сети временного водоснабжения и канализации, размещаемые на расстояниях менее полуторной величины просадочной толщи грунта от постоянных зданий и сооружений, должны укладываться в грунт на небольшой глубине или открыто (при необходимости с утеплением). Пункты водоразбора следует располагать не ближе 15 м от строящихся сооружений, причем площадки вокруг этих пунктов должны иметь в радиусе 4 м водонепроницаемое покрытие с организованным отводом потерь воды в водостоки. Отключение сетей временного водоснабжения должно осуществляться немедленно.

Используемые в период строительства временные здания, сооружения и установки с мокрыми процессами должны размещаться, как правило, с низовой стороны участка на расстоянии не менее 20 м от зданий и сооружений, а при расположении их на повышенных отметках по отношению к строящимся или существующим зданиям указанное расстояние увеличивается до 30 м.

3.26. Здания и сооружения разрешается возводить только по проектам, содержащим перечень специальных строительных мероприятий, подлежащих выполнению до начала общестроительных работ, во время их выполнения, а также в процессе возведения отдельных зданий и сооружений.

3.27. До начала строительства зданий и сооружений на просадочных грунтах должны быть произведены планировочные работы, обеспечивающие надежный и быстрый сток атмосферных вод. При невозможности выполнения планировки на всей застраиваемой площади ее выполняют поэтапно в пределах участка каждого здания. Спланированная площадка или участок должны иметь размеры, превышающие контур здания на 15 — 25 м в каждую сторону.

3.28. Для составления проекта вертикальной планировки всей территории строительства или участков необходимы следующие данные:

генплан участка с указанием существующих и строящихся зданий и сооружений, ближайших водоемов и других объектов;

планы и разрезы подземной части здания или сооружения, абсолютные отметки пола первого этажа и подвала (если последний предусмотрен), планировочные и черные отметки, расположение и размеры отверстий для трубопроводов;

характеристики и основные размеры фундаментов под оборудование, каналов, приямков, местных заглублений и подвалов;

проект постоянных и временных подземных сооружений, предназначенных для транспортирования и хранения воды и водных растворов, с указанием трасс водопроводов, канализации, теплофикации, электросиловых и телефонных кабелей и т.п.

На проекте планировки должны быть указаны трассы автомобильных и железных дорог, включая подъездные пути к отдельным зданиям и сооружениям.

Планировка застраиваемой площади под одну отметку, как правило, не допускается и производится по возможности с сохранением естественных условий стока и дернового слоя.

3.29. Для сохранения условий беспрепятственного стока атмосферных вод под штабелями строительных материалов и деталей оставляется свободное пространство, а вокруг котлованов устраивается обвалование.

3.30. Пути внутрипостроечного транспорта (железнодорожного и автомобильного) размещаются по трассам дорог, предусмотренным генпланом и стройгенпланом.

В случае прокладки таких путей по другим трассам предусматривается устройство водоотводящей системы, обеспечивающей быстрый сток поверхностных вод.

3.31. Трассы временных сетей водоснабжения и канализации выполняются строго по проекту, в котором должны быть указаны пункты присоединения их к магистрали. Проект укладки временных сетей согласовывается с заказчиком. В проекте указываются конструкции стыков и узлов присоединения сетей к магистралям.

3.32. Разборка сетей временного водоснабжения должна осуществляться немедленно после их использования и оформляться актом, который подписывается заказчиком.

3.33. Подземная укладка сетей временного водоснабжения на строительной площадке допускается лишь с соблюдением требований, предъявляемых к проекту водопровода постоянного назначения. При размещении на ней технологических установок с мокрым процессом необходимо предусматривать полный и беспрепятственный отвод воды за пределы строительной площадки. Отвод воды осуществляется путем устройства водоотливных лотков, планировки и уплотнения поверхности грунтов вокруг установок и близко расположенных зданий.

3.34. Возведение планировочных насыпей, устройство подготовки под полы, обратных засыпок пазух котлованов допускается выполнять талым недренирующим грунтом с уплотнением. Обратная засыпка грунта и его уплотнение должны выполняться немедленно после устройства фундаментов или прокладки оборудования в траншеях.

Для обратной засыпки пазух котлованов и траншей используются местные грунты оптимальной влажности, равной влажности на пределе раскатывания.

3.35. В проекте производства работ по возведению планировочных насыпей, подготовке оснований под полы и отмостки, а также устройству обратных засыпок котлованов, траншей должны быть приведены:

размеры насыпей, разрабатываемых котлованов, траншей и пазух, подлежащих обратной засыпке, необходимые для выбора наиболее рационального оборудования по уплотнению грунтов;

рекомендуемый вид грунта для обратной засыпки и его оптимальная влажность;

требуемая плотность грунта в пределах отдельных участков уплотняемых засыпок или всей насыпи;

рекомендуемые механизмы для уплотнения грунта.

3.36. Плотность грунта в насыпях и обратных засыпках назначается в зависимости от их назначения и передаваемых на них нагрузок, а также от условий эксплуатации зданий и сооружений. В том случае, когда по условиям эксплуатации имеется мокрый технологический процесс или высокая вероятность попадания воды из системы внутренних водостоков в грунты основания, уплотнение производится до плотности 1,65 тс/м3. Целесообразно в указанных условиях грунт верхней части засыпки гидрофобизировать в пределах слоя толщиной 20 — 30 см.

Плотность грунта в обратных засыпках, служащих основанием фундаментов под оборудование, внутренние самонесущие стены, а также в верхней части засыпки на высоту 1,5 м, служащей основанием под полы, должна быть не менее 1,6 тс/м3. Обратные засыпки траншей и фундаментов, на которые, кроме их собственного веса, не передаются дополнительные нагрузки, допускается возводить плотностью не менее 1,55 тс/м3.

3.37. Расчетное давление на грунты в обратных засыпках устанавливают так же, как и для грунтов естественного сложения в зависимости от его влажности, пористости, угла внутреннего трения и сцепления, ширины и глубины заложения фундаментов по СНиП на проектирование оснований зданий и сооружений (пп. 4.7 и 4.8).

3.38. При обратной засыпке котлованов значительной площади с устройством подготовки основания под полы здания используются грунтоуплотняющие машины, приведенные в табл. 1.

Таблица 1

Для уплотнения грунта в стесненных условиях целесообразно применять малогабаритные тяжелые трамбовки, например с диаметром рабочей поверхности 0,6 — 1,6 м. Вес трамбовки подбирается из расчета передачи давления на грунт при ударе не менее 0,2 кгс/см2.

В местах, недоступных для работы трамбовок указанных габаритов, при непосредственной близости к фундаментам, подпорным стенкам и т.п. применяются электротрамбовки, дизель-трамбовочные машины ЦНИИС РРМЗ (Рижского ремонтно-механического завода) и пневмотрамбовки ТР-1 Свердловского завода Пневмостроймаш.

Уплотнение трамбовкой осуществляется полосами, которые перекрываются последующей проходкой на 8 — 10 см.

В верхней части пазух и в стесненных условиях могут применяться для уплотнения малогабаритные катки Д-484, при этом перекрытие полос уплотненного слоя должно быть в пределах 8 — 16 см.

3.39. В тех случаях, когда для обратных засыпок используются грунты влажностью ниже оптимальной более чем на 0,05, производят доувлажнение грунта равномерно по всей площади из автоцистерн или с помощью распылителей, присоединенных шлангом к временному водопроводу.

К уплотнению приступают после полного впитывания воды и подсыхания верхнего слоя грунта до состояния оптимальной влажности.

3.40. Применение переувлажненного грунта для обратной засыпки не допускается. Грунт подсушивают путем естественного испарения в течение необходимого срока, установленного опытом. Ускорение подсушивания может быть достигнуто рыхлением грунта.

При невозможности подсушки переувлажненный грунт смешивают с маловлажным из расчета получения установленной оптимальной влажности.

3.41. Все работы по возведению планировочных насыпей, подготовке оснований под полы, а также устройству обратных засыпок выполняют с соблюдением требований главы СНиП на производство и приемку работ по земляным сооружениям и с соблюдением требований нормативных документов по технике безопасности.

3.42. В зимних условиях возведение планировочных насыпей и обратная засыпка котлованов могут осуществляться при среднесуточной температуре воздуха не ниже минус 10 °C.

3.43. Применяемый грунт должен быть, как правило, в талом состоянии. Для этого весь процесс отсыпки, разравнивания и уплотнения доставляемого к месту работ грунта следует осуществлять непрерывным потоком, по возможности круглосуточно.

3.44. При наличии у места работ большого объема грунта, находящегося в промороженном состоянии, его оттаивают с помощью пара, используя опыт подготовки материалов для производства бетонных работ в зимнее время.

3.45. В том случае, когда доставляемый из карьера грунт имеет низкую влажность, его доувлажнение на месте укладки производится только водным раствором поваренной соли.

3.46. Уплотнение грунта с пониженной влажностью до проектной плотности может быть достигнуто увеличением высоты сбрасывания и числа ударов трамбовки о грунт, уменьшением толщины слоя отсыпаемого грунта при уплотнении катками и т.п.

3.47. Все работы по возведению планировочной насыпи и обратной засыпке проводятся под наблюдением грунтовой лаборатории с оформлением журнала установленной формы для земляных работ в зимнее время. При большом снегопаде и метелях работы, как правило, не следует производить. Перед началом таяния снега принимаются меры для отвода с участка талых вод.

В. ТРЕБОВАНИЯ К ПРОЕКТУ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

3.48 (3.3). Уплотнение просадочных грунтов должно выполняться на основе материалов инженерно-геологических изысканий, содержащих данные о наличии на площадке грунтовых вод, величине просадочной толщи, типе грунтов по просадочности, возможной величине просадки от нагрузки фундаментов и собственного веса, а также основным физико-механическим характеристикам грунтов в природном состоянии (объемный и удельный вес, влажность на границе раскатывания и на границе текучести, относительная просадочность, начальное просадочное давление и др.).

3.49. На стадии рабочих чертежей проводятся инженерно-геологические исследования грунтов основания каждого строительного объекта (здания, сооружения). Возможную величину просадки определяют в соответствии с требованиями главы СНиП.

3.50 (3.4). Проектные решения по уплотнению просадочных грунтов должны содержать:

а) при поверхностном уплотнении трамбовками — план и разрезы котлована с размерами уплотняемой площади и контурами фундаментов, указания о необходимой глубине уплотнения, требуемой плотности и оптимальной влажности грунта, выбору типа грунтоуплотняющей машины, необходимому количеству ударов трамбовки и количеству проходов машин по одному следу, величине понижения уровня трамбуемой поверхности;

б) при устройстве грунтовых подушек — планы и разрезы котлованов, физико-механические характеристики отсыпаемого грунта, указания по толщине отсыпаемых слоев, рекомендуемым механизмам для уплотнения грунта и режимам их работы, а также плотности грунтов в подушках;

в) при вытрамбовывании котлованов — данные по вертикальной планировке застраиваемой территории, план расположения и размеры отдельных котлованов, указания по срезке и использованию существующего плодородного слоя почвы и уплотнению подсыпки, применению навесного оборудования и рекомендуемым режимам работы трамбующих механизмов, физико-механическим характеристикам грунтов основания;

г) при уплотнении грунтовыми сваями — план размещения свай с указанием их диаметра и глубины, требования к влажности, а также средней и минимальной плотности уплотняемых грунтов, характеристику применяемого оборудования, общий вес грунта и вес отдельных порций, засыпаемых в скважины, указания по толщине «буферного» слоя грунта и способу его ликвидации доуплотнением или срезкой;

д) при уплотнении предварительным замачиванием — план разбивки уплотняемой площади на отдельные участки с указанием их глубины и очередности замачивания, расположения поверхностных и глубинных марок, схему сети водовода, данные по среднесуточному расходу воды на 1 м2 уплотняемой площади и времени замачивания каждого котлована или участка, а в случае замачивания через скважины — дополнительно план расположения скважин с указанием их глубины, диаметра, способа проходки и вида дренирующего материала для засыпки.

3.51. Исходным материалом для составления проекта организации работ по поверхностному уплотнению просадочных грунтов тяжелыми трамбовками при устройстве грунтовых подушек и при вытрамбовывании котлованов служат данные инженерно-геологических изысканий на участке расположения здания или сооружения с результатами определения основных физико-механических характеристик грунтов в природном залегании на глубину не менее 3 м, а при глубинном уплотнении и предварительном замачивании на всю глубину просадочной толщи ниже отметки заложения фундаментов. Кроме того, необходимы данные о конструктивных особенностях зданий с указанием нагрузок на фундаменты, их размеров и т.п.

3.52 В проекте поверхностного уплотнения грунтов основания тяжелыми трамбовками должны быть указаны:

величина недобора грунта до проектной отметки заложения фундаментов при производстве земляных работ;

количество воды, заливаемой на 1 м3 уплотняемого основания (при необходимости доувлажнения);

ориентировочная величина отказа для каждого вида грунта основания;

диаметр рабочей поверхности и вес трамбовки.

Проект поверхностного уплотнения должен иметь технологическую карту производства земляных работ и выдается строящей организации с рабочим проектом общей организации строительных работ.

3.53. Размеры уплотняемой площади в плане, величина недобора грунта до проектной отметки заложения фундаментов, требуемая глубина уплотнения, а также диаметр трамбовки назначаются в соответствии со СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений.

3.54. В тех случаях, когда необходимая толщина достаточно уплотненного слоя превышает 2,5 — 3 м, производится двухслойное или многослойное уплотнение. При этом глубина отрывки котлована hк определяется по формуле

(2)

где hпр — проектная толщина всего достаточно уплотненного слоя в основании фундаментов, м;

hуп — проектная толщина достаточно уплотненного слоя грунта в основании котлована, получаемая при использовании данной трамбовки, м.

3.55. Уплотнение просадочных лессовых грунтов тяжелыми трамбовками должно осуществляться при влажности, близкой к оптимальной Wо. При повышенной влажности грунтов, когда степень влажности G >= 0,7, эффективность уплотнения тяжелыми трамбовками оказывается невысокой. В этом случае наиболее целесообразно послойное уплотнение грунта путем устройства грунтовой подушки.

3.56 В проекте на устройство грунтовой подушки должны быть указаны:

толщина грунтовой подушки с привязкой к высотным отметкам здания или сооружения;

размеры грунтовой подушки в плане в пределах отдельных фундаментов или сооружений в целом;

рекомендуемый вид грунта для возведения подушек;

значение оптимальной влажности грунта;

требуемая плотность грунтов в подушке.

3.57. Толщину грунтовой подушки назначают в зависимости от глубины деформируемой зоны просадочного грунта при замачивании от нагрузки фундамента в соответствии с требованиями СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений.

3.58. Толщина грунтовой подушки в зданиях и сооружениях, чувствительных к неравномерным просадкам (например, крупнопанельные жилые многоэтажные каркасные здания, не рассчитанные на возможные деформации основания), как правило, назначается равной глубине деформируемой зоны просадочного грунта при замачивании, но не менее 1,5 м. Если просадочная толща грунта меньше деформируемой зоны, толщина грунтовой подушки принимается равной толщине просадочного грунта.

3.59. При возведении зданий и сооружений, малочувствительных к неравномерным просадкам, и особенно малоэтажных зданий высотой 3 — 5 этажей, толщина грунтовой подушки может быть сокращена и назначается из условия обеспечения прочности, устойчивости и нормальной эксплуатации здания или сооружения в соответствии с главой СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений.

3.60. При устройстве грунтовой подушки используют местные однородные глинистые грунты оптимальной влажности, при которой обеспечивается наилучшее их уплотнение. В случае устройства сплошного водонепроницаемого экрана следует использовать местные суглинки. При устройстве грунтовых подушек с целью ликвидации просадочных свойств основания плотность грунта (объемный вес скелета) принимают не менее 1,65 тс/м3, а при создании сплошного водонепроницаемого экрана — не менее 1,7 тс/м3.

3.61. Возведение столбчатых фундаментов в котлованах, полученных трамбованием просадочных грунтов I типа, является дальнейшим развитием метода возведения фундаментов на просадочных грунтах, уплотненных тяжелыми трамбовками.

В проекте производства работ по вытрамбовыванию котлованов должны быть указаны:

план котлованов под все здания или сооружения (снятие растительного слоя);

план расположения отдельных котлованов под столбчатые фундаменты;

глубина, площадь и конфигурация (по размерам) вытрамбованных котлованов;

количество воды, заливаемой в один котлован в случае необходимости повышения влажности уплотняемого грунта до оптимальной;

диаметр, вес, форма и высота сбрасывания трамбовки;

ориентировочные размеры уплотненной зоны при заданных параметрах трамбовки;

величина плотности уплотненного грунта на глубине 25 — 30 см от дна вытрамбованного котлована;

необходимое количество ударов трамбовки при вытрамбовывании котлована.

Проект вытрамбовывания котлованов должен иметь технологическую карту производства земляных работ и вытрамбовывания и выдаваться строительной организации по всему нулевому циклу.

3.62. Глубина вытрамбовывания котлованов назначается исходя из необходимой глубины заложения фундаментов с учетом требований СНиП по проектированию оснований зданий и сооружений.

3.63. Вес трамбовки назначается исходя из грузоподъемности применяемого механизма и возможной высоты сбрасывания. Работа одного удара должна быть не менее 15 тмс/м2. В целях унификации трамбовок нижний диаметр их рекомендуется принимать 0,8 — 1,6 м с шагом 10 см.

3.64. Плотность уплотненного грунта на глубине 25 — 30 см от дна вытрамбованного котлована должна быть не менее при степени влажности уплотняемого грунта 0,7 > G > 0,6 и при степени влажности G < 0,6.

3.65. Вытрамбовывание котлованов должно производиться, как правило, при оптимальной или близкой к ней влажности грунтов. Отклонение от оптимальной влажности допускается не более чем на 0,04 по абсолютному значению.

3.66. Проект глубинного уплотнения основания составляют из расчета достижения в уплотненном массиве плотности грунта 1,65 тс/м3.

Если уплотнение производят в целях устройства противофильтрационной завесы, проект составляют из расчета достижения средней плотности грунта 1,75 тс/м3 и коэффициента фильтрации 5·10-7 см/с.

3.67. Глубинное уплотнение станками ударно-канатного бурения допускается при природной влажности грунтов, а с использованием энергии взрыва — только при оптимальной их влажности. За оптимальную принимается влажность грунта на границе раскатывания.

3.68. Если глубинное уплотнение производят в непосредственной близости от существующих сооружений, зданий или коммуникаций, безопасное расстояние для производства работ назначается в зависимости от местных условий и применяемой технологии.

3.69. Проектный диаметр скважин при пробивке их станками ударно-канатного бурения принимается 0,5 м, а при использовании энергии взрыва — 0,4 м.

3.70. Проект производства работ должен составляться в соответствии с действующими нормативными документами и учитывать требования настоящего Руководства в части технологии производства работ, подготовки основания для глубинного уплотнения, последовательности производства работ по выполнению скважин и их набивки грунтовым материалом, контроля качества уплотнения и приемки работ.

3.71. Исходными материалами кроме указанных в п. 3.51 настоящего Руководства для составления проекта уплотнения просадочных грунтов предварительным замачиванием служат:

генплан в пределах проектируемых и расположенных вблизи от них существующих зданий и сооружений с нанесенными инженерными коммуникациями;

топографическая карта площадки с нанесенными на нее горизонталями через 0,5 м по высоте, которая используется при выборе способа замачивания грунтов, назначении размеров карт, очередности замачивания и т.п.;

описание строения с инженерно-геологическими профилями, включающими всю толщу просадочных грунтов. При анализе геологического строения грунтов особое внимание обращается на наличие дренирующих прослоек и водоупорных слоев. Дренирующие слои и прослойки, залегающие в толще лессовых грунтов, обычно приводят к повышенному растеканию воды в стороны, а также к недостаточному увлажнению залегающих ниже слоев просадочных грунтов. Водоупорные (слабофильтрующие) слои также способствуют повышенному растеканию воды в стороны и, главное, препятствуют оттоку воды из увлажненной толщи;

физико-механические характеристики всех диалогических слоев грунта, входящих в просадочную толщу, и относительная просадочность грунтов, определяемая через 1 — 2 м;

расчеты возможных просадок от собственного веса грунта по отдельным выработкам и построенная на их основе карта просадочности грунтов площадки с горизонталями через 10 — 25 см расчетной просадки. С учетом расчетных просадок определяют необходимую площадь замачивания, размеры отдельных карт для замачивания и т.п.

Размеры, конструктивные особенности проектируемых зданий и сооружений, а также особенности их эксплуатации учитываются при назначении формы и размеров площадей, уплотняемых предварительным замачиванием.

С учетом генерального плана расположения проектируемых и существующих зданий и сооружений устанавливается возможность влияния предварительного замачивания на существующие здания и инженерные коммуникации.

3.72 В проекте на уплотнение грунтов предварительным замачиванием должны быть указаны:

размеры котлованов и методика замачивания грунтов;

необходимое количество воды для замачивания грунтов;

конструкция, число и расположение поверхностных и глубинных марок.

3.73. Размеры одновременно замачиваемых площадей, время, необходимое для промачивания всей толщи просадочных грунтов, а также количество воды для замачивания принимаются в соответствии со СНиП по проектированию оснований, зданий и сооружений.

3.74 (3.5). До начала работ по уплотнению должна уточняться природная влажность и плотность грунта на глубину, определенную проектом.

Если природная влажность грунта окажется ниже оптимальной на 0,05 и более, надлежит производить его доувлажнение заливкой водой. Потребное количество воды A на 1 м3 грунта определяется по формуле

[3 (1)]

где — среднее значение объемного веса скелета уплотненного грунта, т/м3;

Wо — оптимальная влажность, доли единицы;

W — природная влажность, доли единицы;

k — коэффициент, учитывающий потери воды на испарение, принимаемый равным 1,1.

3.75. Природную влажность и плотность грунта при уплотнении его тяжелыми трамбовками, вытрамбовывании котлованов, устройстве грунтовых подушек следует определять через 0,5 м на глубину, равную двум диаметрам трамбовки, но не менее 2,5 м, а при глубинном уплотнении грунтовыми сваями и предварительном замачивании — через 1 м на глубину всей просадочной толщи.

При вытрамбовывании котлованов необходимое количество воды для получения оптимальной влажности грунта определяется по формуле [3 (1)] с умножением ее на h0 и F, где h0 — толщина уплотняемого слоя, м (см. рис. 2); F — площадь проекции уплотняемой зоны, м2.

Г. ОПЫТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ

3.76 (3.6). Основным работам по уплотнению просадочных грунтов должно предшествовать в процессе строительства опытное уплотнение, которое производится для уточнения отдельных параметров проекта.

Опытное уплотнение при однородном напластовании грунтов производится в одном, а при разнородном напластовании или при значительном изменении влажности грунтов — не менее чем в двух характерных пунктах строительной площадки.

Размеры опытных участков принимаются не менее 3 x 3 диаметра трамбовки или двойной ширины рабочего органа трамбующей машины при уплотнении трамбованием и не менее 6 x 12 при уплотнении укаткой.

При глубинном уплотнении грунтовыми сваями опытный участок уплотняется не менее чем тремя смежными сваями, расположенными в плане в вершинах равностороннего треугольника на расстоянии согласно проекту.

Опытное уплотнение грунта предварительным замачиванием осуществляется в котловане глубиной 0,8 м и шириной, равной толщине слоя просадочного грунта, но не менее 20 м.

3.77. Опытное уплотнение трамбованием производят для уточнения глубины уплотнения, необходимого числа ударов трамбовки по одному следу или числа проходов трамбующей машины для уплотнения, а также установления величины понижения уплотняемой поверхности грунта.

3.78. При устройстве грунтовых подушек опытным уплотнением должны уточняться толщина отсыпаемых слоев грунта, число проходок или ударов по одному следу и средняя плотность грунта в уплотняемом слое.

Опытное уплотнение производят в котловане, отрытом в пределах участка строительства здания или сооружения.

Отметку дна опытного котлована с учетом величины недобора грунта назначают по проекту, а впоследствии уточняют по средней величине понижения поверхности дна котлована.

3.79. Опытные работы по вытрамбовыванию котлованов производят для разработки рабочего проекта с целью уточнения числа ударов трамбовки заданного веса, размеров и высоты сбрасывания ее для вытрамбовывания котлованов на необходимую глубину, а также размеров уплотненной зоны и изменения плотности уплотненного грунта. Число мест опытного вытрамбовывания назначается в зависимости от изменчивости грунтовых условий.

Если участок сложен из однородного грунта, опытные работы производят в одном месте. При различных грунтовых условиях их нужно производить в каждой разновидности грунтов. Это положение относится и к насыпным грунтам.

3.80. Опытное глубинное уплотнение просадочных грунтов выполняют перед разбивкой сетки грунтовых свай в основании фундаментов зданий и сооружений. При однородном напластовании грунтов опытное уплотнение производят в одном пункте, а при разнородном напластовании грунтов или резком изменении их влажности — не менее чем в двух наиболее характерных местах.

Опытный участок уплотняют не менее чем тремя грунтовыми сваями, расположенными в вершинах равностороннего треугольника.

Скважины пробивают с поверхности земли или с принятой в проекте отметки дна котлована, отрытого в пределах участка строительства.

3.81 Опытное глубинное уплотнение осуществляют с целью:

уточнения расстояния между грунтовыми сваями для достижения проектной средней плотности уплотненного грунта;

уточнения фактической толщины буферного слоя, считая от отметки уплотнения;

установления фактического расхода грунтового материала на 1 м грунтовой сваи и в среднем на одну сваю.

3.82 Опытное уплотнение грунта предварительным замачиванием производят в целях:

установления необходимого количества воды и времени замачивания;

уточнения фактической величины просадки грунта от собственного веса;

определения толщины верхнего недоуплотненного слоя грунта.

Опытное замачивание производят перед отрывкой котлована вблизи участка строительства здания или сооружения.

Устройство дренирующего слоя, поглощающих скважин, а также планировка дна котлована при опытном уплотнении замачиванием выполняются в соответствии с принятыми в проекте рекомендациями.

3.83. Если тип грунтовых условий в районе строительства определяется замачиванием опытных котлованов, опытное уплотнение грунта предварительным замачиванием не производят и проект производства работ в окончательном виде составляется на основе результатов, полученных при проведении инженерно-геологических изысканий.

3.84 (3.7). Методика опытного уплотнения грунтов должна предусматривать соблюдение изложенных ниже требований.

При уплотнении трамбовками через каждые два удара трамбовки (прохода трамбующей машины) по забитым в грунт штырям нивелированием определяется понижение уплотняемой поверхности. Для контрольного определения толщины уплотненного слоя в центре уплотненной площади на глубину, равную двум диаметрам трамбовки (через 0,25 м по глубине), должна определяться плотность и влажность грунта.

При устройстве грунтовых подушек опытное уплотнение производится при трех вариантах: числа прохода катков 6, 8 и 10 или ударов трамбовки (проходов трамбующей машины) по одному следу — 8, 10 и 12. Уплотнение производится для всех разновидностей применяемых грунтов не менее чем при трех значениях их влажности, равных 1,2Wр; 1,0Wр и 0,8Wр (Wр — влажность на границе раскатывания).

После уплотнения грунта на опытном участке надлежит определить плотность и влажность уплотненного грунта на двух горизонтах, соответствующих верхней и нижней части уплотненного слоя.

Опытное вытрамбовывание производится с замером понижения дна котлована после каждых двух ударов трамбовки. Нивелирование выполняется по верху трамбовки в двух диаметрально противоположных точках. Для контрольного определения размеров уплотненной зоны в центре котлована отрывается шурф на глубину, равную двум диаметрам или двойной ширине основания трамбовки, с отбором проб грунта по глубине и в сторону от центра через 0,25 м.

Для установления результатов опытного глубинного уплотнения грунтовыми сваями на строительной площадке должен отрываться контрольный шурф на глубину не менее 0,7 просадочной толщи с определением влажности и плотности грунта через каждые 0,5 м на глубину 3 м, а ниже — через каждые 1 м. На каждом горизонте определяется плотность грунта в двух точках в пределах каждой грунтовой сваи и в пределах межсвайного пространства.

Для наблюдения за просадкой уплотняемого грунта в процессе опытного замачивания следует устанавливать на дне котлована и за его пределами по двум взаимно перпендикулярным сторонам котлована поверхностные марки через 3 м на расстоянии, равном полуторной толщине слоя просадочного грунта, а в центре котлована — куст глубинных марок в пределах всей просадочной толщи через 3 м по глубине.

3.85. Для измерения величины понижения отметки дна опытного котлована под воздействием трамбования забивают металлические штыри диаметром 20 — 25 мм, длиной 250 — 400 мм по оси котлована в центре каждого следа трамбовки заподлицо с поверхностью земли. Каждому штырю присваивается порядковый номер (рис. 5).

Рис. 5. Схема размещения штырей для определения величины отказа

1 — 3 - номера штырей; 4 — место отбора монолитов; 5 — контрольный шурф 1 x 2 м, глубиной 4 м для отбора монолитов уплотненного и неуплотненного грунта

После забивки штырей производят нивелирование и определяют их высотные отметки относительно неподвижного репера. Результаты отсчетов заносят в журнал трамбования грунта в опытном котловане.

3.86. Трамбование грунта в опытном котловане установленным в проекте числом ударов осуществляют по всему котловану двумя ударами, последовательно переходя от одного следа к другому. По мере трамбования производят нивелирование головок штырей и определяют среднеарифметическую величину понижения трамбуемой поверхности.

Трамбование ведут до момента, когда понижение штырей составляет не более 1 — 1,5 см.

3.87. По результатам нивелирования штырей строят график зависимости общего понижения штырей от числа ударов (проходов) и график приращения величины понижения дна котлована на каждые два удара (прохода) трамбовкой. Участок графика, в пределах которого приращение величины понижения имеет постоянное значение, характеризует величину понижения в сантиметрах на два удара (прохода).

Средняя величина понижения трамбуемой поверхности по результатам нивелирования принимается за величину недобора при отрывке котлованов или траншей для уплотнения грунта.

По полученным данным нивелирования понижения поверхности дна опытного котлована вычерчивают два графика:

график общего понижения трамбуемой поверхности  в зависимости от числа ударов N (рис. 6 а);
график приращения величины понижения  от каждых двух ударов (рис. 6, б).

Рис. 6. Графики понижения трамбуемой поверхности

а — в зависимости от числа ударов; б — то же, от каждых двух ударов

По графику (см. рис. 6) устанавливают участок перехода кривой понижения от каждых двух ударов в прямую, параллельную оси абсцисс, что характеризует достижение грунтом «уплотнения до отказа», при котором дальнейшее трамбование становится нецелесообразным. Точка перехода кривой в прямую принимается за точку уплотнения до отказа.

3.88. Полученная величина понижения от последних ударов принимается за величину отказа при трамбовании данного вида грунта. Число ударов, соответствующее этой точке на графике, принимается как минимально необходимое при производстве работ. Средняя величина понижения трамбуемой поверхности при уплотнении до отказа, полученная по графику (см. рис. 6), принимается за необходимую величину недобора грунта до проектной отметки при разработке котлована или траншеи под фундаменты здания или сооружения.

В том числе, когда разрыхленный слой грунта по тем или иным причинам подлежит удалению, толщина его входит в величину недобора до проектной отметки.

3.89. При одинаковых грунтовых условиях на строительных площадках опытное уплотнение грунтов при устройстве грунтовых подушек производят в одном-двух пунктах для отдельных кварталов, микрорайонов или комплексов промышленных зданий и сооружений.

Площадки для опытного уплотнения грунтов выбирают в наиболее характерных грунтовых условиях данного квартала или комплекса сооружений в стороне от застраиваемых участков.

Основание опытной площадки должно быть спланировано и уплотнено до плотности, принятой в проекте.

Опытное уплотнение производят при трех значениях влажности грунтов:

W1 = Wо; W2 = 1,2Wо; W3 = 0,8Wо,

где Wо — оптимальная влажность грунта, принимаемая равной: для уплотнения трамбовки: Wо = Wр — (0,01 — 0,03), а укаткой — Wо = Wр;

Wр — влажность грунта на границе раскатывания. Толщина уплотняемых слоев принимается:

h1 = H; h2 = 1,2H; h3 = 0,8H,

где H — ориентировочная величина уплотняемого слоя грунта в зависимости от применяемого оборудования (см. табл. 1).

3.90. На каждом пункте опытного участка после уплотнения грунта при заданной влажности, толщине слоев и числе проходов машины или ударов трамбовки отбирают пробы уплотненного грунта для определения объемного веса и влажности через 0,25 м по глубине.

Пробы грунта обязательно отбирают в пределах верхней и нижней зон уплотненного слоя.

3.91. По результатам опытного уплотнения строят графики зависимости плотности грунта от влажности при различном числе проходов катков или ударов трамбовки для каждой толщины уплотняемых слоев (рис. 7).

Рис. 7. Графики зависимости объемного веса скелета грунта от влажности W при постоянной удельной работе A

A = 50, 100, 150 тсм/м

На графиках через серию кривых проводят горизонтальную линию с ординатой, равной проектной плотности грунта. Участки кривых, расположенные выше горизонтальной линии, указывают, при каком числе проходов уплотняемого механизма и интервалов изменения влажности грунта при данной толщине слоя может быть достигнута плотность грунта не ниже проектной.

Толщину уплотняемого слоя выбирают на основе сопоставления кривых зависимостей при различных значениях толщины слоев, с учетом возможных диапазонов изменения влажности грунта.

3.92. Опытное вытрамбовывание должно производиться с отметки пола первого этажа или подвала. При разнородном напластовании грунтов (по влажности, плотности и литологии), а также при наличии подсыпки опытное вытрамбовывание выполняют не менее чем на двух характерных участках.

3.93. Вытрамбовывание опытных котлованов производят с замером величин понижения дна его после каждых двух ударов трамбовки. По полученным результатам строят график понижения дна вытрамбованного котлована в зависимости от числа ударов трамбовки.

Вытрамбовывание опытных котлованов должно производиться с отметки вытрамбовывания котлованов под фундаменты строящегося здания, т.е. с отметки пола первого этажа (или подвала).

Испытания опытных фундаментов статической нагрузкой производят в тех случаях, когда метод вытрамбовывания котлованов принимается при строительстве зданий на насыпных грунтах толщиной более 3 м и на просадочных грунтах II типа для уточнения суммарной величины осадки и просадки основания.

3.94. После окончания вытрамбовывания котлована по его оси отрывают шурф на глубину 2d (d — диаметр трамбовки) длиной 2d с отбором проб грунта (рис. 8) для определения влажности уплотненного основания. Кроме того, с глубины 0,2 — 0,25 м от дна котлована отбирают монолиты грунта и определяют прочностные характеристики c и для уточнения нормативного сопротивления грунта.

Рис. 8. Схема отбора проб грунта в основании вытрамбованного котлована

3.95. После пробивки и набивки опытных скважин грунтовым материалом должен отрываться контрольный шурф с определением влажности и плотности грунта через каждые 0,5 м на глубину 3 м, а ниже через 1 м на глубину не менее 0,7 величины просадочной толщи. На каждом горизонте определяется плотность в двух точках в пределах каждой грунтовой сваи, а в межсвайном пространстве в семи точках, расположенных на каждой стороне треугольника, соединяющего оси грунтовых свай (рис. 9).

Рис. 9. Схема отбора образцов грунта для определения плотности грунта

1 — 21 — места отбора образцов между грунтовыми сваями; I — VI — места отбора образцов в сваях

В случае, если плотность грунта окажется меньше предусмотренной в проекте, в последний вносят изменения по размещению грунтовых свай, и в дальнейшем уплотнение производят по уточненной сетке расположения грунтовых свай.

Примечание. В ответственных случаях (например, для зданий с мокрым технологическим процессом, возводимых на площадках с глубиной просадочной толщи более 15 м) производят испытания уплотненных грунтов статической нагрузкой с искусственным замачиванием, руководствуясь «Рекомендациями по испытаниям просадочных грунтов статическими нагрузками». Необходимость и порядок проведения таких испытаний устанавливает проектная организация, являющаяся автором проекта или осуществляющая привязку типового проекта. Оси рядов свай должны быть надежно закреплены на местности.

3.96. В процессе замачивания примерно один раз в неделю производят периодическое нивелирование поверхностных марок. Марки привязывают к постоянному реперу или к системе временных реперов, расположенных на расстоянии, равном двум толщинам просадочного слоя грунта замачиваемого участка.

3.97. Замачивание продолжают до полного промачивания всей толщи просадочных грунтов и стабилизации просадки. За стабилизацию просадки принимают просадку не более 10 мм в неделю, наблюдаемую в течение двух-трех последних недель.

Для удобства нивелирования марок, расположенных в пределах котлована, залитого водой, накануне проведения нивелирования рекомендуется временно прекратить подачу воды в котлованы для понижения ее уровня до 5 — 15 см.

3.98. Марка простейшей конструкции состоит из арматурного стержня диаметром 16 — 24 мм, длиной 80 — 100 см, забитого в грунт на глубину 60 — 80 см с уплотнением грунта вокруг стержня. Такие же марки устанавливают и за пределами котлована.

Основные поверхностные марки, устанавливаемые в пределах котлованов, состоят из бетонной призмы размером 20 x 20 см, толщиной 10 — 20 см, в которую заделан стержень диаметром 16 — 24 мм, выступающий на высоту 20 — 30 см.

3.99. Для наблюдения за послойной просадкой грунта в центре котлована устанавливают куст глубинных марок. Марки устанавливают через каждые 2 — 3 м по глубине в пределах всей просадочной толщи. В плане их располагают обычно в шахматном порядке через 0,5 — 0,8 м одна от другой.

Глубинные марки принимают двух типов: жесткие и струнные. Жесткая марка состоит из внутренней реперной трубы или стержня, соединенных бетонным анкером с грунтом основания ее, защитной реперной трубы, исключающей влияние просадки окружающего грунта на реперную трубу, и сальников (рис. 10).

Рис. 10. Конструкция глубинных марок

1 — скважина; 2 — реперная труба; 3 — песчаная подготовка; 4 — сальник; 5 — защитная труба; 6 — засыпка затрубного пространства сухим грунтом; 7 — утрамбованный жесткий бетон

Струнная марка состоит из бетонного анкера, в который заделана проволока. Скважину после установки анкера и проволоки засыпают местным лессовым грунтом с уплотнением. На поверхности грунта проволока переходит в струну. Реперная установка представляет собой деревянные или металлические козлы, на которые устанавливают прогибомеры с грузами.

3.100 (3.8). Выполнение опытного уплотнения грунтов должно фиксироваться актами, где указываются рекомендуемые величины отказов при уплотнении грунтов и грунтовых подушек различными грунтоуплотняющими машинами, графики понижения трамбуемой поверхности и дна вытрамбованных котлованов в зависимости от режимов работы трамбующих машин, данные по необходимому количеству ударов на одну порцию грунта, загружаемого в скважину при устройстве грунтовых свай, графики просадки глубинных и поверхностных марок, расхода воды при замачивании грунтов и другие результаты опытного уплотнения, регламентирующие технологию основных работ с обеспечением соответствующих показателей по качеству и срокам.

3.101. Результаты опытного уплотнения, используемые в качестве основных документов для уточнения проекта производства работ по уплотнению и при приемке работ, необходимо заносить в журнал и оформлять актом.

В журнале и акте на опытное уплотнение трамбованием должны быть указаны:

влажность, плотность и вид уплотняемого грунта;

толщина уплотняемого грунта;

вес, размеры и высота сбрасывания трамбовки (тип грунтоуплотняющей машины);

число ударов (проходов) для уплотнения просадочного грунта на необходимую глубину;

достигнутая глубина уплотнения, а при опытном уплотнении трамбованием — дополнительно величины отказа и недобора грунта до проектной отметки заложения фундаментов.

3.102 В журнале и акте опытных работ по устройству грунтовых подушек должны быть указаны:

вид грунта;

толщина отсыпаемого слоя грунта;

число проходов грунтоуплотняющего механизма;

средняя плотность грунта в уплотненном слое;

оптимальная влажность и предел ее изменения.

Журнал заполняет в процессе производства опытных работ и подписывает лицо, ответственное за ведение журнала и подчиненное непосредственно производителю работ.

Форма журнала приведена в прил. 1, 2. Акты (прил. 3) составляются произвольной формы, к ним прилагаются результаты лабораторных определений плотности и влажности грунта. На основе акта проектная организация уточняет рабочий проект поверхностного уплотнения грунта.

3.103. Результаты опытных работ по вытрамбовыванию котлованов заносят в журнал (прил. 4) и оформляют в виде акта, на основе которого уточняется проект производства работ. К акту прилагаются:

схемы размещения опытных котлованов;

графики понижения дна вытрамбовывания котлованов в зависимости от числа ударов трамбовки;

характеристика режима вытрамбовывания (форма, размеры, вес и высота сбрасывания трамбовки);

результаты определения плотности уплотненных грунтов и формы уплотненной зоны.

При проведении статических испытаний грунтов опытными фундаментами или штампами к акту дополнительно прилагают:

схему проведения испытания;

результаты определения влажности до и после замачивания грунтов в основании;

графики зависимости осадки от нагрузки;

графики осадки от каждой ступени нагрузки во времени;

расчет модулей деформации грунтов по графикам зависимости осадки от нагрузки.

3.104. Результаты опытного глубинного уплотнения необходимо заносить в журнал с оформлением акта проходки и набивки скважин грунтовым материалом и лабораторных определений влажности и плотности грунта. В журналах и актах должны быть приведены:

глубина уплотнения;

тип оборудования и вес ударного снаряда;

вид и влажность засыпаемого в скважину грунта;

вес и число порций грунта, засыпаемых в скважину;

число ударов на одну порцию грунта;

плотность и влажность уплотненного грунта между сваями и в теле грунтовых свай с указанием на основе полученных результатов толщины буферного слоя. Формы журналов по уплотнению оснований грунтом приведены в прил. 5 и 6.

На основе акта проектная организация уточняет проект размещения грунтовых свай в плане, потребный расход грунтового материала для набивки одной грунтовой сваи и толщину буферного слоя.

3.105 Результаты опытного уплотнения предварительным замачиванием оформляют актом, в котором должны быть приведены:

исполнительный чертеж опытного котлована с указанием мест расположения поверхностных и глубинных марок;

ведомость нивелировки поверхностных и глубинных марок;

графики просадки глубинных и прилегающих к ним поверхностных марок во времени;

графики полного и суточного расхода воды;

профили просадки поверхности грунта по сторонам расположения поверхностных марок.

К актам опытного уплотнения просадочных грунтов предварительным замачиванием прикладывают зарисовки обнаруженных просадочных трещин, а также результаты контрольного определения влажности грунта в пределах всей промоченной толщи.

Д. ПРОИЗВОДСТВО РАБОТ

3.106 (3.9). Поверхностное уплотнение грунтов трамбованием должно выполняться с соблюдением требований:

а) отрывку котлованов и траншей следует вести отдельными участками, размеры которых назначаются в зависимости от производительности оборудования из расчета сохранения оптимальной влажности грунта в отрытом котловане на период трамбования;

б) доувлажнять грунт следует, заливая расчетное количество воды равномерно по всей площади участка или карты, причем уплотнение грунта начинается только после впитывания заливаемой воды и подсыхания грунта на поверхности до влажности, близкой к оптимальной;

в) уплотнение грунта в пределах отдельных участков должно производиться циклами с последовательным переходом от следа к следу, при различной глубине заложения фундаментов уплотнение грунта следует производить, начиная с более высоких отметок;

г) по окончании поверхностного уплотнения верхний взрыхленный слой грунта должен доуплотняться при оптимальной влажности ударами трамбовки с высоты 0,5 — 1 м;

д) уплотнение грунта трамбованием в зимнее время допускается при талом состоянии грунта и естественной влажности, необходимая глубина уплотнения при влажности грунта ниже оптимальной достигается увеличением веса, диаметра или высоты сбрасывания трамбовки.

3.107. Поверхностное уплотнение просадочных грунтов трамбованием должно выполняться по уточненному на основе опытных работ проекту производства работ. Оно состоит из следующих процессов:

отрывки котлованов или траншей:

подготовки основания для уплотнения, включая планировку и доувлажнение грунта до оптимальной влажности;

уплотнения грунта;

проверки качества уплотнения грунта.

3.108. Разработку котлованов производят в соответствии с указаниями пп. 3.52 — 3.56 и 3.102 — 3.105 участками в зависимости от фронта работ.

3.109. Котлован должен быть огражден от попадания атмосферных вод с окружающей территории. В дождливое время дно котлована планируется с уклоном к приемному колодцу-зумпфу, из которого воду удаляют насосом.

3.110. Заливку котлована (траншеи) водой для придания грунту оптимальной влажности производят равномерно по всей площади или отдельными картами (участками) с обеспечением спокойного поступления воды.

Если поверхность котлована не взрыхлена при производстве земляных работ, в целях более быстрого впитывания воды в грунт дно котлована предварительно взрыхляют на глубину 0,1 — 0,15 м.

3.111. При больших площадях уплотняемого основания котлован заливают водой по участкам. Размеры участков назначают из расчета, чтобы обеспечить фронт работ на срок 3 — 5 дней.

3.112. Трамбование производят через сутки после полного впитывания воды в грунт. В том случае, когда влажность глинистого грунта у поверхности такова, что он прилипает к трамбовке, уплотнение следует прекратить и дать возможность грунту подсохнуть. Если по метеорологическим условиям это осуществить практически невозможно, поверхность котлована засыпают слоем маловлажного грунта толщиной 10 — 15 см. В отдельных случаях для этих целей может быть использован сухой щебень из кирпича или известняка, способный впитывать воду.

3.113. В дождливый период года для исключения простоев оборудования вследствие повышения влажности грунта целесообразно после подготовки основания к уплотнению произвести укатку спланированной поверхности дна котлована в пределах уплотняемых участков дорожными катками в 6 — 8 следов.

3.114. Уплотнение грунтов тяжелыми трамбовками производят с поверхности отрытого котлована путем сбрасывания трамбовки с высоты не менее 5 — 6 м.

Применение полноповоротных кранов, кранов на базе экскаваторов для уплотнения целесообразно во всех случаях, когда трамбование производится на больших площадях.

3.115. Трамбовки изготавливают на месте строительства из железобетона или металла в виде усеченного конуса с низким расположением центра тяжести, при котором обеспечивается вертикальность падения трамбовки. Для обеспечения низкого расположения центра тяжести нижнюю часть трамбовки следует заполнять металлическим ломом.

Трамбовку подвешивают к стреле крана непосредственно на тросе через специальную подвеску, исключающую скручивание рабочего троса.

Конструкция железобетонной трамбовки приведена в прил. 7.

3.116. Размеры отдельных участков, подвергающихся уплотнению, назначаются равными 1,4 — 1,5 радиуса действия стрелы крана. Уплотнение производится по технологической схеме, приведенной в прил. 8.

Трамбование грунта в пределах каждого участка ведется в последовательности, указанной на рис. 11. При этом для равномерного уплотнения всей площади по одному следу дается по два-три удара трамбовки.

Рис. 11. Схема трамбования в пределах отдельного участка

В последующем трамбование ведется со смещением следов примерно на половину диаметра трамбовки для исключения образования бугров (см. рис. 11 — пунктир). Такая последовательность сохраняется до тех пор, пока не будет передано заданное число ударов по уплотнению до отказа.

3.117. Перестановку крана на новый участок производят после окончания работ по уплотнению предыдущего.

Во время трамбования необходимо соблюдать требования к высоте подъема трамбовки, правильному расположению следов и числу ударов.

3.118. В тех случаях, когда после уплотнения отметка дна котлована в отдельных местах окажется ниже проектной отметки, должна производиться подсыпка местного грунта с доуплотнением его до требуемой плотности.

3.119. В зимнее время допускается уплотнение только талого грунта при температуре воздуха не ниже минус 10 °C.

Уплотнение должно производиться при естественной влажности. Необходимая глубина уплотнения при влажности ниже оптимальной достигается увеличением высоты сбрасывания, веса трамбовки или числа ударов по одному следу.

3.120 Поверхностное уплотнение грунта трамбованием в зимний период производится с учетом:

глубины промерзания грунта в местных климатических условиях в течение суток по материалам районной метеостанции для оголенной поверхности;

производительности применяемого оборудования для уплотнения и числа смен в сутки;

конструкции фундаментов и способа их возведения.

3.121. Для сохранения талого состояния грунта котлованы отрывают участками, размеры которых устанавливают из среднесуточной производительности применяемого оборудования.

Общую величину недобора грунта принимают равной величине недобора до проектной отметки за счет понижения уплотняемой поверхности при трамбовании с дополнением толщины суточного промерзания грунта.

3.122. В отрытых котлованах, когда уплотнение не может быть осуществлено при положительных температурах, поверхность котлована утепляют и уплотнение производят участками.

3.123. При промерзании грунта основания на значительную глубину грунт перед трамбованием должен быть приведен в талое состояние путем отогрева или удаления мерзлого грунта с заменой его талым грунтом с последующим уплотнением.

3.124. В зимних условиях, когда влажность грунта менее оптимальной, уплотнение рекомендуется производить при естественной влажности с соответствующим увеличением веса, площади или высоты сбрасывания трамбовки.

3.125. При уплотнении грунта тяжелыми трамбовками необходимо соблюдать правила техники безопасности при производстве строительно-монтажных работ в соответствии со СНиП по технике безопасности. Запрещается:

работать на неисправном кране;

во время работы крана производить его ремонт или смазку;

менять вылет стрелы с поднятой трамбовкой;

передвигать кран на новую стоянку с трамбовкой, поднятой на высоту более 0,5 м.

При уплотнении грунта не допускается находиться у работающего крана на расстоянии, меньшем длины стрелы.

При маневре крана следует подавать предупреждающий сигнал, а его передвижение допускается после того, как машинист убедится в отсутствии людей или механизмов в радиусе действия крана.

В темное время места работы должны быть освещены.

Прежде чем приступить к работам по уплотнению грунта тяжелыми трамбовками, весь персонал, занятый на этих работах, должен пройти инструктаж по технике безопасности.

3.126 (3.10). Устройство грунтовых подушек должно производиться в котлованах, отрытых ниже проектной отметки заложения фундаментов на глубину, равную толщине грунтовой подушки, с соблюдением следующих требований:

а) толщина отсыпаемых слоев должна приниматься в зависимости от уплотняющей способности применяемых механизмов;

б) грунт для устройства грунтовой подушки следует доставлять в котлован в состоянии оптимальной влажности или производить доувлажнение его до оптимальной влажности на месте укладки;

в) отсыпка каждого последующего слоя должна производиться только после проверки качества уплотнения и получения удовлетворительных результатов по предыдущему слою;

г) устройство грунтовых подушек в зимнее время допускается из талых грунтов с содержанием мерзлых комьев размером не более 15 см не свыше 15% общего объема при среднесуточной температуре воздуха не ниже минус 10°; в случае понижения температуры или перерывов в работе подготовленные, но не уплотненные участки котлована должны укрываться теплоизоляционными материалами или рыхлым сухим грунтом; отсыпка грунта на промороженный слой допускается, как исключение, при толщине мерзлого слоя не более 0,5 м и влажности грунта не выше влажности на границе раскатывания.

3.127 Устройство грунтовых подушек включает:

разработку котлована;

планировку и уплотнение его дна;

отсыпку и планировку каждого слоя;

послойное уплотнение грунта до требуемой плотности;

проверку качества уплотнения грунта в каждом слое.

3.128. Грунтовые подушки выполняются следующим образом. Отрывается котлован глубиной, превышающей отметку заложения фундаментов на принятую толщину подушки. Дно котлована планируют под одну отметку, слой грунта уплотняют до проектной плотности, после чего производят отсыпку грунта горизонтальными слоями.

Для отсыпки используют местные однородные глинистые грунты оптимальной влажности.

3.129. По окончании уплотнения одного слоя проверяют качество выполненных работ и при обеспечении требуемой плотности производят отсыпку и уплотнение следующих слоев грунта.

3.130. Устройство грунтовых подушек осуществляют под постоянным наблюдением соответствующего персонала, который производит контрольные определения влажности грунтов до и после уплотнения и плотности уплотненного грунта в пределах каждого слоя.

3.131. Грунтовые подушки устраивают по специально разработанным проектам и технологическим картам производства работ. Рациональную схему и порядок производства работ выбирают в зависимости от имеющегося оборудования по уплотнению грунтов, фронта работ и проекта производства работ по возведению зданий или сооружений в целом (рис. 12).

Рис. 12. Последовательность операций по устройству грунтовой подушки при рытье траншей экскаватором

1 — движение экскаватора; 2 — движение самосвалов; 3 — рытье котлована; 4 — отсыпка грунта слоями; 5 — уплотнение грунта и контроль качества

3.132. Разработку котлованов для устройства грунтовых подушек осуществляют в зависимости от толщины подушки, размеров и конфигурации фундаментов в соответствии с п. 3.128 настоящего Руководства. Траншеи под фундаменты отдельно стоящих колонн разрабатывают сплошной лентой вдоль основных рядов колонн (см. рис. 12); грунтовые подушки устраивают также в виде сплошных лент, а не на отдельных участках.

При разработке котлованов и траншей устраивают пандусы — съезды для машин. Чтобы предотвратить попадание атмосферных вод с окружающей территории, котлованы ограждают валом высотой не менее 20 — 30 см. Планировку дна котлована осуществляют в соответствии с п. 3.109 настоящего Руководства.

3.133. После планировки дно котлована уплотняют при оптимальной влажности грунта на глубину, превышающую толщину верхнего разрыхленного слоя, до плотности, принятой в проекте.

3.134. Для удобства производства работ всю уплотняемую площадь разбивают на отдельные карты, на каждой из которых последовательно чередуется выполнение основных работ по укладке грунта и его уплотнению.

3.135. Размеры карт назначают с учетом производительности и числа применяемых механизмов для возведения подушек, а также изменения влажности грунтов за период от начала отсыпки до окончания уплотнения.

Уменьшение влажности грунта в результате испарения в летнее время рекомендуется принимать приближенно в пределах 0,01 — 0,02 за сутки.

3.136. При возведении подушек грунт оптимальной влажности отсыпают слоями и для исключения изменения влажности под влиянием атмосферных осадков и испарения сразу же уплотняют до требуемой плотности.

С целью обеспечения достаточно равномерной сжимаемости уплотненных грунтов влажность их может изменяться в пределах до 0,04 — 0,05.

3.137. В тех случаях, когда для устройства подушек используют грунты влажностью ниже оптимальной, рекомендуется производить доувлажнение их непосредственно в карьере или резерве и доставлять их на место укладки в состоянии оптимальной влажности.

Разработку грунта в карьере или резерве производят только после полного впитывания воды и достижения грунтом равномерной влажности.

3.138. При небольшом объеме работ доувлажнение грунта до оптимальной влажности иногда целесообразно производить непосредственно на месте его укладки. Доувлажнение грунта производят до его уплотнения равномерно по всей площади заданным количеством воды из автоцистерны или временного водопровода. К уплотнению приступают только после того, как грунт по всей глубине приобретает влажность, близкую к оптимальной.

3.139. При необходимости повышения влажности уже уплотненного слоя грунта доувлажнение рекомендуется производить после взрыхления верхнего уплотненного слоя на глубину 1/3 его толщины. После полного впитывания воды в грунт и подсыхания верхней части слоя до состояния оптимальной влажности производят его доуплотнение.

3.140. Использование переувлажненного грунта допускается только в сухое время, когда возможно подсушивание грунта до оптимальной влажности.

Подсушивание грунта производят послойно путем естественного испарения, для чего после укладки и разравнивания грунт выдерживают установленное опытным путем время. Для ускорения процесса просушивания грунта рекомендуется производить его рыхление.

3.141. В случае значительных объемов работ и при применении тяжелых катков для предупреждения образования вала перед вальцом катка целесообразно производить предварительную подкатку уплотняемого грунта более легкими катками на пневмоколесном ходу с понижением давления воздуха в шинах или тракторами.

Уплотнение глинистых грунтов катками на пневматических шинах наиболее эффективно осуществлять при давлении воздуха в шинах 4 — 6 атм.

3.142. При использовании кулачковых катков необходимо учитывать, что эффективность их работы во многом зависит от состояния и чистоты кулачков. Следует обращать внимание на исправность очистных приспособлений, очистку катков от налипшего грунта и на возможность разрыхления верхней части уплотненного грунта.

3.143. Уплотнение грунта можно производить транспортными средствами, доставляющими грунт. В этом случае их движение следует организовать таким образом, чтобы уплотнение производилось по возможности равномерно. Доуплотнение грунта может быть осуществлено катками.

3.144. В случаях, когда работы по возведению подушек были прерваны на длительное время, в результате чего под влиянием атмосферных воздействий могли измениться физико-механические свойства верхнего уплотненного слоя, при возобновлении работ необходимо произвести доуплотнение его с предварительным доведением влажности грунта до оптимальной.

3.145. В дождливое время необходимо учитывать возможность повышения влажности грунта, поэтому целесообразно применять грунты влажностью ниже оптимальной (на 0,02 — 0,03).

3.146. Уплотнение грунтов в дождливое время производят сразу после их отсыпки. Перерывы в работах устраивают только после полного окончания уплотнения грунта, при этом уплотненная поверхность должна иметь уклон для стока воды в приямки-зумпфы, откуда ее удаляют насосами. При отсыпке грунта на мокрую поверхность в пределах нижней части слоя следует применять грунт пониженной влажности.

3.147 Отсыпку и уплотнение грунта в зимних условиях производят с учетом:

возможной глубины промерзания грунтов в местных климатических условиях в течение суток по данным метеостанции для оголенной поверхности;

производительности применяемого оборудования для уплотнения грунта, толщины уплотняемого слоя и числа смен в сутки;

конструкции фундаментов и принятого решения по их возведению в зимних условиях.

3.148. Для исключения возможности промерзания грунта в процессе его укладки и уплотнения весь процесс по возведению подушек должен быть организован с высокой интенсивностью, непрерывным потоком и желательно круглосуточно.

3.149. Укладка грунта на ранее уплотненный промороженный грунт допускается при толщине слоя не более 0,5 м только в тех случаях, когда влажность последнего не превышает 0,9 влажности на границе раскатывания. В противном случае промороженный грунт должен быть удален.

3.150. Дополнительное увлажнение грунта в зимних условиях на месте его укладки допускается только водным раствором поваренной соли.

3.151. Уплотнение грунтов с влажностью ниже оптимальной в зимних условиях производят путем увеличения числа проходок грунтоуплотняющих машин по одному следу и веса катков или уменьшения толщины отсыпаемого слоя грунта.

3.152. В процессе производства работ по поверхностному уплотнению трамбованием и устройству грунтовых подушек ведут журналы, в которых указывают:

вид уплотняемого грунта или применяемого для устройства подушек;

толщину уплотняемого слоя;

вес, размеры и высоту сбрасывания трамбовок (тип грунтоуплотняющей машины);

число ударов (проходов) трамбовки;

плотность и влажность уплотненного грунта. Журналы заполняют в процессе производства работ (см. прил. 1, 2), и подписывает их сменный инженер или производитель работ.

3.153 (3.11). Вытрамбовывание котлованов под фундаменты должно выполняться с соблюдением следующих требований:

а) вытрамбовывание котлованов под отдельно стоящие фундаменты надлежит выполнять сразу на всю глубину котлована без изменения положения направляющей штанги трамбующего механизма;

б) доувлажнение грунта (в необходимых случаях) следует производить от отметки дна котлована на глубину не менее полуторной ширины котлована;

в) оттаивание мерзлого грунта следует производить на всю глубину промерзания в пределах площади, стороны которой равны полуторным размерам сторон котлована; вытрамбовывание котлованов при отрицательной температуре воздуха следует производить без дополнительного увлажнения грунта.

3.154 Вытрамбовывание котлованов состоит из следующих процессов:

вертикальной планировки площадки с удалением растительного слоя;

разбивки осей фундаментов и подготовки основания, включая доувлажнение грунта до оптимальной влажности или оттаивание мерзлого грунта;

вытрамбовывания котлованов.

3.155. Перед вытрамбовыванием котлованов на строительной площадке срезают растительный слой, содержащий более 0,05 (по весу) органических включений. Чтобы предотвратить проникание в котлован атмосферных вод с окружающей территории, котлован обваловывают. Дно его планируют с таким расчетом, чтобы не могли скапливаться атмосферные осадки.

3.156. Перед началом вытрамбовывания производят разбивку центров и углов будущих фундаментов. Трамбовку устанавливают в каждом случае согласно разбивке, при этом отклонение допустимо на величину не более +/- 5 см.

3.157. Каждый котлован вытрамбовывают на заданную глубину с одной стоянки механизма. Глубина вытрамбованного котлована должна соответствовать проектной отметке с отклонением не более +/- 3 см.

3.158. Прямоугольные фундаменты (например, сдвоенные фундаменты температурного шва здания) вытрамбовывают двумя захватками путем поворота стрелы экскаватора или крана на необходимый угол. Для достижения большего эффекта уплотнения глубина вытрамбовывания для каждой захватки не должна превышать 60 — 80 см, а перепад по высоте должен быть не более 30 см. Эти положения сохраняются и при вытрамбовывании траншей под ленточные фундаменты. В последующем трамбующий механизм должен последовательно перемещаться вдоль траншеи.

3.159. При вытрамбовывании котлованов контур площади замачивания принимается больше контура площади фундамента на величину d в каждую сторону от краев фундамента. Чтобы вода не растекалась в стороны, площадь замачивания по контуру обваловывают грунтом на высоту 15 — 20 см или устанавливают специальную инвентарную переносную раму, заменяющую обваловывание. Количество заливаемой воды для замачивания определяется по формуле [3 (1)].

3.160 В процессе вытрамбовывания котлованов ведется журнал производства работ, в котором указываются:

вид уплотняемого грунта;

глубина вытрамбовывания;

число ударов трамбовки;

размеры, вес и высота сбрасывания трамбовки.

3.161 (3.12). Глубинное уплотнение грунтов грунтовыми сваями должно выполняться с соблюдением требований:

а) проходка скважин станками ударно-канатного бурения должна осуществляться, как правило, при природной влажности грунта; станки должны быть устойчивы, а штанги ударного снаряда должны быть строго вертикальны; проходку скважин надлежит производить с использованием преимущественно ударных снарядов диаметром до 0,45 м и весом не менее 3 тс при высоте сбрасывания 0,8 — 1,2 м;

б) устройство скважин с помощью взрыва допускается, если влажность грунта находится на пределе раскатывания, а при меньшей влажности грунт должен быть доувлажнен; в случае отсутствия указаний в проекте шпуры бурятся диаметром 80 мм, а ВВ принимается в виде патронов аммонита № 9 или № 10 весом по 50 г в количестве от 5 до 10 шт. на 1 м шпура; при проходке скважин взрывом их надлежит устраивать через одну, а пропущенные — только после засыпки и послойного уплотнения ранее пройденных;

в) перед засыпкой каждой скважины, полученной взрывом, должны производиться замеры ее глубины; в случае обнаружения завала высотой до 1,5 м он должен быть уплотнен 20 ударами трамбующего снаряда; если завал более 1,5 м — делается новая скважина;

г) для уплотнения грунта в скважинах следует преимущественно применять станки ударно-канатного бурения, обеспечивающие возможность использования грунтов с отклонением от оптимальной влажности в пределах от +0,02 до -0,06;

д) проходка скважин станками ударно-канатного бурения в зимнее время допускается при промерзании грунта на глубину не более 0,3 м, а при большей глубине — только после оттаивания промерзшего слоя или проходки его вращательным бурением; набивку скважин при отрицательной температуре воздуха необходимо производить только талым грунтом.

3.162. Глубинное уплотнение грунтовыми сваями должно выполняться по уточненному на основе опытных работ проекту производства и организации работ и состоит из следующих этапов:

а) разбивки сетки грунтовых свай;

б) пробивки скважин до проектной глубины;

в) доставки грунта и засыпки его в скважины отдельными порциями с послойным уплотнением до проектной плотности;

г) поэтапного контроля за размещением скважин в плане, их пробивкой, толщиной отсыпанного слоя грунта в скважину и качеством уплотнения массива в процессе производства работ. Число одновременно работающих станков устанавливают исходя из размеров уплотняемой площади.

3.163. Для глубинного уплотнения используют станки ударно-канатного бурения типа БС-1М или другие станки, позволяющие применить ударный снаряд весом не менее 3 т, что обеспечивает использование наконечников для пробивки скважин диаметром 0,5 — 0,6 м.

Основными узлами станка ударно-канатного бурения БС-1М является рама, мачта, ходовой механизм, механическая часть с системой передач, ударный снаряд и силовое оборудование. Во время работы станка рама дополнительно опирается на три винтовых домкрата, шарнирно-прикрепленных к ней с помощью кронштейнов. Домкраты частично разгружают ходовую часть от знакопеременной нагрузки. Ударный снаряд, входящий в комплект станков ударно-канатного бурения, состоит из ударной штанги, наконечников в виде долот различной конструкции и канатного замка. Длина бурового снаряда равна 10 — 11,5 м.

3.164. При ударно-канатном бурении ударный снаряд периодически поднимают на некоторую высоту, а затем свободно сбрасывают на забой скважины. Общая энергия удара равна

P = mgH,

где m — масса бурового снаряда;

g — ускорение свободного падения;

H — высота падения бурового снаряда.

3.165. Для уплотнения просадочных грунтов станок БС-1М приспосабливают к проходке скважин диаметром 0,5 — 0,6 м, для чего его оборудуют:

наконечником параболоидной формы диаметром 426 мм (рис. 13);

стальным цилиндрическим кондуктором диаметром 550 мм, длиной 1500 мм, толщиной стенок 10 — 12 мм, предназначенным для исключения расширения устья скважины, а также для более точной ее пробивки;

новой поворотной плитой для свинчивания штанг с отверстием диаметром 600 мм (рис. 14).

Рис. 13. Конструктивная схема наконечника (тип 1) для пробивки скважин

1 — сердечник-долото; 2 — оболочка; 3 — бетон; 4 — сварные швы; 5 — отверстие для подачи бетонной смеси под оболочку

Рис. 14. Новая поворотная плита для свинчивания штанг ударного снаряда

1 — поворотная плита; 2 — ключ для свинчивания штанг; 3 — упоры, приваренные к ключу; 4 — упоры, приваренные к плите

Эти несложные приспособления можно изготовить в любых мастерских.

3.166. Наконечник для проходки скважин изготавливают на месте, используя долото, к которому приваривают оболочку необходимой геометрической формы из листовой стали толщиной 10 — 12 мм. Зазор между долотом и оболочкой заполняют цементным раствором.

Наконечник можно изготовлять литым из стали.

3.167. Для пробивки скважин и трамбования грунта в них применяют наконечники двух типов. Каждый наконечник состоит из сердечника и оболочки, между которыми заливают бетон. Сердечником служит долото. Оболочку изготавливают из стального листа.

Оболочка наконечника типа I (см. рис. 13), предназначенного для пробивки скважин, имеет форму двух усеченных конусов с цилиндрической частью между ними высотой 150 — 200 мм. Ударная часть сердечника заточена на конус с углом при вершине 30°. Оболочка наконечника типа II (рис. 15) запроектирована в форме параболоида внизу и усеченного конуса вверху; в средней ее части также имеется цилиндр высотой 150 мм.

Рис. 15. Конструктивная схема наконечника (тип II) для трамбования грунта в скважине

1 — сердечник-долото; 2 — оболочка; 3 — бетон; 4 — сварные швы; 5 — отверстие для подачи бетонной смеси под оболочку

Ударная часть сердечника заточена на конус с углом при вершине 60°. Диаметр основания конуса наконечника равен 426 мм. Скважина, пробиваемая таким наконечником, получается диаметром 500 — 600 мм в результате раскачивания (биения) бурового снаряда, имеющего высокое расположение центра тяжести.

3.168. Скважины разрешается пробивать, когда зазор между поверхностью наконечника свободно висящего ударного снаряда и внутренней поверхностью цилиндра (кондуктора) составляет не более 4 см, а ось цилиндра-кондуктора не совпадает с осью скважины не более чем на 0,25 проектного диаметра скважин (10 — 12 см).

3.169. Пробивку скважин станками ударно-канатного бурения производят с поверхности спланированной площади или со дна котлована через одну в любом направлении. Пропущенные скважины пробивают после набивки грунтом ранее полученных.

Скважины пробивают одним станком с наконечником, используемым также и для послойного уплотнения засыпаемого грунта или двумя станками с использованием второго станка для изготовления пропускаемых первым станком скважин.

3.170. После пробивки скважин образуется буферный (разрыхленный) слой грунта толщиной 2,5 м (5 диаметров сердечника), поэтому при расположении станков на отметке подошвы фундамента после окончания глубинного уплотнения следует доуплотнить буферный слой тяжелыми трамбовками.

3.171. Равномерное уплотнение грунта в основании с использованием энергии взрыва обеспечивается при средней влажности грунта в уплотненном массиве, близкой к оптимальной.

Когда природная влажность грунта меньше оптимальной, производят подготовку основания для глубинного уплотнения путем искусственного доувлажнения грунта до оптимальной влажности.

3.172. Контрольное определение природной влажности грунта перед производством работ по глубинному уплотнению осуществляют по образцам грунта, отобранным из разведочных скважин через 1 м по глубине.

Скважины пробуривают на всю глубину просадочной толщи в пределах контура возводимого сооружения из расчета одна скважина на каждые 1000 м2 уплотняемой площади, но не менее одной скважины.

По образцам, отобранным из скважин, составляют чертежи колонок с указанием результатов определения природной влажности грунта и влажности его на границе раскатывания для каждого слоя по глубине. На основании чертежей колонок определяют среднеарифметические значения влажности грунта в природном состоянии и на границе раскатывания для каждого слоя однородного грунта.

По полученным послойным среднеарифметическим значениям влажности определяют средневзвешенную влажность по глубине грунта в природном залегании и на границе раскатывания для всей уплотняемой толщи по формуле

(4)

где Wср — средневзвешенная влажность грунта;

W1, W2, W3 — соответствующие среднеарифметические значения влажности отдельных однородных слоев грунта;

h1, h2, h3 — толщина однородных слоев грунта, м.

3.173. Потребное количество воды в тоннах на 1 м3 грунта для повышения его влажности до оптимального значения определяется по формуле [3 (1)], а для принятых значений плотности и влажности грунта может быть определено по табл. 2.

Таблица 2

Примечание. Таблица составлена для , при Wр = 0,16 — для супеси и Wр = 0,18 для суглинка.

Замачивание основания производят после удаления растительного слоя, а при наличии насыпных грунтов, состоящих из строительного мусора с органическими остатками, после их удаления в пределах уплотняемой площади.

Заливку расчетного количества воды производят в пределах всей уплотняемой площади, а при больших площадях — отдельными участками.

При глубине уплотнения более 10 м воду заливают через дно котлована и через дренажные скважины диаметром 120 — 150 мм, полученные бурением или пробивкой.

Число дренажных скважин назначают из расчета одна скважина на 15 м2 площади уплотняемого основания. Дренажные скважины для замачивания пробивают или бурят между запроектированными грунтовыми сваями и заполняют дренирующим материалом (песком или шлаком).

3.174. При производстве работ в зимнее время замачивание грунта производят только через скважины, которые пробуривают или пробивают любым способом.

3.175. Для обеспечения быстрого просачивания требуемого по расчету количества воды в грунт необходимо исключить возможность взмучивания грунта на дне котлована. В этих целях воду заливают с помощью деревянных лотков с перегородками типа быстростока.

Количество воды, поступающей в котлован, учитывают водомером или другим способом, обеспечивающим точность учета расхода воды до 10%.

3.176. После полного просачивания воды в грунт и подсыхания дна котлована производят контрольное разведочное бурение с отбором образцов для определения влажности грунта. Если влажность окажется ниже предусмотренной проектом, производится дополнительное увлажнение.

3.177. Скважины-шпуры для установки цепочки патронов ВВ устраивают диаметром 70 — 80 мм. Проходка скважин указанного диаметра может осуществляться любым способом: бурением, пробивкой молотом или вибромолотом. Независимо от применяемого способа скважины-шпуры должны быть строго вертикальны.

Отклонение от вертикали допускается до 0,5% ее глубины.

3.178. Для пробивки скважин-шпуров применяются буровые штанги диаметром 48 — 52 мм. Штанги забивают в грунт звеньями длиной 2 — 2,5 м при помощи легкого копра с молотом весом 250 — 350 кг или с вибратором.

В первое звено штанги ввинчивается конусообразный башмак диаметром 70 — 80 мм, изготовленный из металла (литой из чугуна или выточенный из стали), который обеспечивает легкое извлечение штанги после пробивки.

Верх штанги для сохранения резьбы при забивке накрывается наголовником в виде стальной пробки или муфты большого диаметра с деревянной прокладкой. По мере забивки отдельные звенья свинчиваются между собой до пробивки на проектную глубину скважины.

3.179. Для обеспечения вертикальности скважин-шпуров штанги погружаются через кондуктор или направляющие. Извлечение штанг производится при помощи того же копра, которым производилась забивка.

Проходка скважин-шпуров на уплотненном участке производится от его периферии к центру через одну скважину-шпур. Проходка оставшихся скважин-шпуров производится после взрыва пройденных скважин и набивки их грунтом.

Проходка скважин-шпуров фиксируется в журнале глубинного уплотнения оснований (см. прил. 6).

3.180. Патроны применяются фабричного изготовления. При отсутствии готовых патронов они изготавливаются на месте в бумажных гильзах из плотной, желательно водонепроницаемой бумаги, накатанной в два-три слоя на деревянные болванки с последующей заклепкой или закаткой торца. Дно гильзы забивается по торцу болванки. Если в нижней части скважины-шпура имеется вода, применяются гидроизолированные гильзы.

Аммонит засыпается в гильзы мерными стаканчиками по 50 г с точностью при взвешивании 0,5 г, после чего гильза закрывается.

При хранении изготовленных патронов должны быть приняты меры к обеспечению сохранения влажности ВВ до момента взрыва. При повышении влажности ВВ их применение не допускается.

3.181. Потребное число патронов устанавливается на основе полученного инженерно-геологического разреза для каждого слоя однородного грунта в отдельности.

Число патронов на 1 м шпура рекомендуется назначать исходя из степени глинистости грунта, характеризуемой числом пластичности, согласно табл. 3.

Таблица 3

Потребное число патронов на 1 м скважины-шпура для получения проектного диаметра скважины зависит от влажности грунта, работоспособности ВВ и др. и уточняется на основе опытных взрывов.

3.182. Назначенное число патронов размещается строго равномерно в пределах каждого однородного слоя грунта по всей глубине скважины-шпура. Для обеспечения неизменного положения патронов в заряде до момента взрыва они надежно прикрепляются к одной или двум нитям из шпагата или отожженной проволоки.

Длина цепочки патронов заряда назначается с таким расчетом, чтобы верхний патрон оказался на 0,5 — 0,7 м ниже поверхности земли (устья шпура) во избежание выброса земли при взрыве.

До опускания заряда в скважину-шпур должны быть проверены: ее вертикальность, глубина, число патронов, их расположение и длина заряда и их соответствие данным проекта.

Заряд опускается в центре скважины-шпура непосредственно перед взрывом и должен находиться в натянутом состоянии под действием собственного веса. Для этого нити, к которым подвешены патроны, должны быть прикреплены к небольшому деревянному бруску, уложенному над устьем скважины-шпура.

3.183. Взрыв осуществляется при помощи детонирующего шнура длиной не менее глубины шпура в каждой скважине-шпуре отдельно. Одновременно взрыв нескольких зарядов не допускается. Интервал между взрывами отдельных зарядов принимается не менее 1 мин.

3.184. После производства взрыва и выхода газов должны быть определены путем промеров глубина и примерный диаметр скважины, а также произведен осмотр скважины при помощи электролампы. Глубина полученной скважины измеряется рулеткой с подвешенным к ней грузом.

3.185. При взрыве может образоваться завал части скважины переуплотненным грунтом.

Если высота завала больше 1,5 м, скважину следует считать бракованной. В этом случае вначале протрамбовывают завал, затем скважину заполняют грунтом с послойным уплотнением и в непосредственной близости устраивают дополнительную грунтовую сваю.

Для достижения необходимой плотности грунт в завале увлажняется. После впитывания воды в грунт, примерно через полчаса после заливки, завал утрамбовывается не менее чем 20 ударами. Первая порция грунтового материала засыпается в скважину после утрамбования слоя обвалившегося грунта.

3.186. Вся работа по расширению скважин энергией взрыва при глубинном уплотнении выполняется с соблюдением установленных правил для производства взрывных работ в соответствии с «Едиными правилами безопасности при взрывных работах».

3.187. Глинистый грунт должен засыпаться в скважину отдельными порциями при оптимальной влажности. Отклонение от оптимальной влажности допускается при уплотнении станками ударно-канатного бурения в пределах от +0,02 до 0,06. При меньшей влажности грунта производится его равномерное доувлажнение.

Уплотнение грунтов в скважинах должно производиться станками ударно-канатного бурения до средней плотности, указанной в проекте.

3.188. Скважины заполняют грунтовым материалом одинаковыми дозами, каждая из которых уплотняется станком БС-1М. В качестве грунтового материала используются супеси и суглинки (без включения растительных остатков и строительного мусора), имеющие оптимальную влажность.

Если влажность предназначенного к засыпке в скважину грунта не отвечает требованию проекта, производят его равномерное доувлажнение.

Ориентировочное количество воды в м3, потребное для увлажнения 1 м3 грунта, в зависимости от его влажности определяется по формуле [3 (1)] или принимается по табл. 2.

3.189. Доставленный к месту работ и подготовленный к засыпке грунтовый материал должен быть в короткий срок использован для набивки скважин.

Если создается запас грунтового материала, то должны быть приняты меры против возможного его высыхания или переувлажнения (покрытие грунта брезентом, хранение под навесом и т.п.).

3.190. Объем грунтового материала в дозе назначают из расчета получения столба рыхлого материала в скважине высотой не более 2,5 проектных диаметров скважины.

Грунт засыпают в скважину при поднятом ударном снаряде с помощью механизмов, снабженных дозаторами, обеспечивающими засыпку грунта дозами, равными 0,15 м3 при весе ударного снаряда 1 т или 0,25 м3 (порядка 400 кг) при весе ударного снаряда 3 тс.

3.191. Для засыпки грунта применяется приспособление в виде совка (рис. 16), изготовленного из отрезка трубы диаметром 522 мм, длиной до 500 мм, разрезанного вдоль на две половины. Толщина стенки трубы должна быть не менее 10 мм. Совок приваривают к трубе диаметром 219 мм, длиной 200 см. Полуцилиндрическую часть совка усиливают ребрами жесткости, привариваемыми к выпуклой его стороне. Такое приспособление навешивают при засыпке скважин на отвал бульдозера, который используют также при планировке и складировании грунта.

Рис. 16. Дозатор (совок) емкостью 0,35 м3 для засыпки скважин грунтом

1 — толкатель из трубы диаметром 219 мм, длиной 2 м; 2 — совок; 3 — место крепления гидроподъемника ножа бульдозера и толкателя; 4 — рама толкателя из швеллера № 20; 5 — вилка крепления толкателя к раме бульдозера

3.192. Трамбование дозы грунтового материала в скважине производится с помощью станка ударно-канатного бурения с весом ударного снаряда не менее 1 т, с обеспечением энергии одного удара не менее 0,8 т·м.

Число ударов устанавливается из расчета работы: 100 тсм на 1 т трамбуемого материала, подлежащего уплотнению до плотности 1,75 тс/м3, 30 тсм на завал высотой не более 1,5 м, образовавшийся в скважине.

Участок скважины выше отметки заложения фундамента уплотняется 5 — 8 ударами на каждую дозу засыпаемого грунта.

3.193. Набивку скважин грунтом ведут до полного ее окончания. В случае перерыва в работе скважину следует закрыть исходя из соображений техники безопасности.

Для набивки 1 м скважины требуется 400 — 500 кг грунта, а для уплотнения его до указанной плотности достаточно 20 ударов. Когда станок осуществляет 44 — 52 удара в 1 мин, для уплотнения 1 м грунтовой сваи достаточна работа станка в течение 0,5 мин.

3.194. В целях обеспечения последующего контроля за выполнением уплотнения основания грунтовыми сваями в соответствии с проектом желательно дозу грунта, засыпаемую выше уровня отметки заложения фундамента, смешивать с грунтом почвенного слоя без растительных остатков при оптимальной влажности.

3.195 В зимнее время основными трудностями, вызывающими снижение производительности работы, являются:

значительная промерзаемость верхних слоев грунта, затрудняющая пробивку скважин и вызывающая при забуривании скважины отклонение ее оси от проектной;

быстрое смерзание подвозимого грунта для засыпки скважин в процессе его складирования.

Промерзание верхнего слоя грунта на глубину 0,15 — 0,2 м не оказывает существенного влияния на проходку скважин обычным способом. Однако скорость проходки первого метра скважин несколько снижается.

При глубине промерзания верхнего слоя грунта выше 0,20 — 0,30 м пробивка скважин ударным снарядом типа «капля» практически неосуществима. Основными причинами прекращения работы станков при такой глубине промерзания являются:

выход из строя штанг и наконечника из-за длительного воздействия ударной нагрузки в сочетании с отрицательной температурой;

смещение центра пробиваемой скважины от ее проектного положения.

В связи с этим появляется необходимость проведения дополнительных работ, обеспечивающих проходку мерзлого грунта. К ним относятся:

разработка мерзлого грунта станками шнекового бурения;

электропрогрев грунта;

комбинированный метод, который включает в себя электропрогрев с последующим разбуриванием грунта станками шнекового бурения.

При глубине промерзания верхних слоев грунта до 0,5 м наиболее целесообразно использовать ямобуры и буры-столбоставы, техническая характеристика которых приведена в табл. 4.

Таблица 4

3.196. При проходке скважин в мерзлом грунте принимается следующая схема: первоначально буровой машиной разбуривается скважина диаметром не менее 325 мм, после чего на скважину устанавливается буровой станок БС-1М, который производит дальнейшую пробивку скважин обычным диаметром 426 мм типа «капля».

3.197. При устройстве грунтовых свай на их качественное выполнение большое влияние оказывают свойства засыпаемого грунта, который не должен содержать в себе включений мерзлого грунта и иметь оптимальную влажность. В связи с этим в зимнее время большое значение имеют вопросы подвозки, хранения и засыпки в скважину привозного грунта.

3.198. В том случае, когда карьеры расположены на отдаленном расстоянии и имеются опасения о возможности смерзания грунта, целесообразно заранее заготовить необходимое его количество. Грунт укладывается в штабеля высотой 1,5 — 3H (H — глубина промерзания грунта в данном районе). Грунт должен быть изолирован от наружного воздуха путем покрытия его изоляционным материалом простейшего типа.

3.199. В случае, когда грунт добывается из карьеров параллельно с ходом работ по уплотнению, доставка его на место должна быть произведена в короткий срок, чтобы исключить смерзание грунта в комья. Смерзшийся грунт до заполнения его в скважину подвергают отогреву до полного оттаивания.

Работа по заполнению скважин грунтом сопровождается наблюдением за температурой воздуха у места работы.

Результаты наблюдений заносятся в журнал глубинного уплотнения, в котором отмечается также состояние грунта, засыпаемого в скважину.

3.200 (3.13). Уплотнение грунтов предварительным замачиванием должно выполняться с соблюдением следующих требований:

а) котлован или отдельные карты для замачивания должны отрываться в основном за счет удаления растительного и насыпного слоев; дно котлована планируется срезкой грунта;

б) замачивание должно выполняться путем затопления котлована водой с поддержанием уровня на высоте 0,3 — 0,8 м от дна и продолжаться до промачивания всей толщи просадочных грунтов и условной стабилизации просадки, за которую принимается просадка менее 1 см в неделю;

в) в процессе предварительного замачивания должны вестись систематические наблюдения за осадкой поверхностных и глубинных марок, а также за расходом воды, нивелирование марок должно производиться не реже одного раза в 5 — 7 дней;

г) глубину замачивания следует устанавливать по результатам определения влажности грунта через метр по глубине на всю толщину просадочного слоя;

д) при отрицательных температурах воздуха предварительное замачивание должно производиться с сохранением дна затапливаемого котлована в талом состоянии и подачей воды под лед.

3.201 При уплотнении грунтов предварительным замачиванием последовательно должны выполняться следующие этапы:

подготовка котлованов — карт для замачивания;

замачивание грунта в котлованах;

доуплотнение верхнего слоя просадочного грунта после окончания замачивания.

Подготовка котлованов для замачивания включает в себя:

разбивку на карты;

подвозку дренирующего материала;

подготовку временного водопровода;

бурение скважин при толщах просадочных грунтов, достигающих 15 м и более, и другие строительные работы.

3.202. Котлованы отрываются бульдозером или скрепером. Вынутый грунт частично идет на обвалование. Стенки котлована делаются с минимальными откосами, а обвалование — с откосами примерно 45°. Обвалование устраивается с уплотнением грунта.

3.203. Подсыпка грунта при планировке не допускается, так как она приводит к заиливанию дна котлована и резкому снижению фильтрационной способности грунта. Планировка котлованов или отдельных карт выполняется с точностью +/- 10 см от заданных отметок.

На дне котлована в целях предотвращения его заиливания отсыпается и равномерно разравнивается по всей площади дренирующий слой из песка или мелкого гравия толщиной 8 — 10 см. При этом дренирующий слой не должен содержать глинистых и пылеватых частиц более 30% по весу. На участке, где установлены поверхностные марки, разравнивание дренирующего материала производится вручную.

3.204. Для сокращения сроков уплотнения просадочных грунтов предварительное замачивание производится через дренажные скважины диаметром не менее 15 см, засыпанные дренирующим материалом (песком, гравием, шлаком и т.п.).

Скважины целесообразно устраивать в тех случаях, когда толщина слоя просадочных грунтов более 15 м. Скважины бурятся на глубину 0,7 — 0,8 величины просадочной толщи и, как правило, должны проходить слои и прослойки лессовых грунтов, обладающих пониженной фильтрационной способностью и служащих временным водоупором.

Расстояние между скважинами в пределах замачиваемого участка назначается 2 — 10 м и принимается в зависимости от их диаметра, фильтрационной способности толщи грунтов. В целях обеспечения более равномерного уплотнения грунта по всему котловану и форсирования просадки в торцах или по краям котлованов скважины располагаются чаще — через 2 — 5 м, а в середине — реже (рис. 17).

Рис. 17. Рекомендуемая схема расположения скважин для замачивания

1 — контур котлована; 2 — контур проектируемого здания; 3 — оси скважин; 4 — скважины для замачивания

3.205 При замачивании ведутся наблюдения за:

расходом воды (по водомеру или по величине понижения уровня воды в котлованах по водомерным рейкам);

временем появления просадочных трещин в грунте и развитием их во времени;

осадкой поверхностных и глубинных марок.

3.206. В результате предварительного замачивания должна быть промочена вся толща просадочных грунтов. Для контроля пробуривается ряд скважин с отбором проб грунта на влажность через 1 м по глубине в пределах котлована или в непосредственной близости от него.

3.207. После достижения условий стабилизации просадки все просадочные трещины с раскрытием более 2 см должны быть затампонированы путем заполнения местным лессовым грунтом и водой из расчета 1 м3 воды на каждые 0,2 — 0,3 м3 грунта.

Тампонаж просадочных трещин делается в несколько этапов по мере их заполнения.

Просадочные трещины раскрытием менее 2 см затрамбовываются с поверхности на глубину 0,2 — 0,3 м.

Дно траншей для прокладки коммуникаций, несущих воду, придорожных кюветов, а также дно и откосы арыков-оросителей в местах пересечения просадочных трещин должны уплотняться на глубину 40 — 60 см.

3.208. Для обеспечения бесперебойной подачи воды в котлован при низких температурах воздуха временные трубопроводы, задвижки, водомеры утепляются и обеспечивается свободный сток воды из трубопроводов.

3.209. Чтобы сохранить дно котлована в талом состоянии, высота столба воды в котлованах должна быть больше возможной толщины слоя льда. Кроме того, воду в котлован следует подавать большими объемами из расчета, чтобы высота столба воды, заливаемой за сутки, превышала среднесуточное приращение слоя льда не менее чем в 3 — 4 раза. Для стока воды и исключения ее замерзания на выходе участок водовода от задвижки до котлована должен иметь длину не менее 2 м в сторону котлована.

3.210. В зимнее время наблюдения за просадкой в процессе замачивания производятся по глубинным и поверхностным маркам, расположенным в основном за пределами котлована, залитого водой.

Перед нивелированием марок, расположенных в пределах котлована, они очищаются от льда.

При производстве работ по предварительному замачиванию в зимнее время поверхностная марка устанавливается таким образом, чтобы верхний ее конец был заподлицо с дном котлована.

Нивелирование поверхностных марок в пределах котлована в этом случае производится до и после замачивания, когда растает лед.

3.211. Уплотнение верхнего слоя грунта после предварительного замачивания производится тяжелыми трамбовками, грунтовыми сваями, послойным уплотнением грунта и т.п.

3.212. При строительстве на предварительно замоченных основаниях зданий и сооружений (резервуаров, насосных, канализационных станций и т.п.), нагрузка от которых превышает природное давление на отметке их заложения не более чем на 0,5 кгс/см2, доуплотнение верхнего слоя грунта не производится.

3.213. Уплотнение верхнего слоя грунтов тяжелыми трамбовками рекомендуется при величине деформируемой зоны не более 2 м и влажности грунтов к моменту начала работ, близкой к оптимальной.

При повышенной влажности грунтов против оптимальной выполняются грунтовые подушки путем послойного уплотнения грунта.

При глубине деформируемой зоны более 4 — 5 м и влажности, близкой к оптимальной, уплотнение верхнего слоя грунтов целесообразно производить грунтовыми сваями.

Для ликвидации просадочных свойств грунтов в пределах деформируемой зоны иногда целесообразно применять уплотнение тяжелыми трамбовками в сочетании с устройством грунтовой подушки путем послойного уплотнения грунта.

3.214. Нормативное давление на уплотненные грунты предварительным замачиванием определяется так же, как и для естественных грунтов в соответствии с главой СНиП на проектирование оснований зданий и сооружений.

Е. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА И ПРИЕМКИ РАБОТ

3.215 (3.14). Качество работ по уплотнению грунтов надлежит проверять путем определения плотности грунта при уплотнении трамбованием через 0,25 — 0,5 м по глубине, а при послойном уплотнении — укаткой в середине каждого слоя; количество пунктов определения плотности устанавливается из расчета одного пункта на каждые 300 м2 уплотненной площади и должно быть всего не менее 2 проб при уплотнении трамбованием и 3 проб в каждом слое при послойном уплотнении укаткой. При уплотнении тяжелыми трамбовками грунтов с оптимальной влажностью качество уплотнения допускается проверять контрольным определением отказа из расчета 1 определение на каждые 100 м2 уплотненного грунта.

Качество работ при уплотнении грунтовыми сваями проверяется путем определения плотности уплотненных грунтов на отметке заложения фундаментов в пределах участков между тремя грунтовыми сваями, расположенными в плане по вершинам равностороннего треугольника; количество пунктов устанавливается из расчета один на каждые 1000 м2 уплотненной площади. Фактическое расстояние и глубина их должны соответствовать проекту. В случае если расстояние между центрами грунтовых свай окажется больше проектного на 0,4 диаметра, устанавливаются дополнительные грунтовые сваи.

Качество уплотнения грунта при любом способе производства работ признается удовлетворительным, если средняя плотность грунтов в уплотняемом основании соответствует проекту. Допустимое отклонение в сторону уменьшения от плотности, принятой в проекте, не должно превышать 0,05 тс/м3 в количестве не более 10% общего числа определений.

3.216 (3.15). Результаты работ по уплотнению просадочных грунтов должны фиксироваться в соответствующих журналах (прил. 1, 2).

Приемка работ по уплотнению просадочных грунтов производится по данным определения плотности и влажности уплотненных грунтов с составлением акта.

3.217. Приемка работ по поверхностному уплотнению грунтов тяжелыми трамбовками производится только после дополнительного уплотнения разрыхленного слоя грунта у поверхности.

Уплотнение признается удовлетворительным, если понижение отметки основания под действием ударов трамбовки не превышает величины установленного отказа.

Контрольное определение отказа производится двумя ударами трамбовки при сбрасывании ее с высоты, принятой при производстве работ, но не менее 4 м.

Если, по данным контрольного трамбования или определения качества выполненных работ, уплотнение окажется неудовлетворительным, производится дополнительное уплотнение. Необходимое число ударов или проходов машины устанавливается комиссией по приемке работ.

По контрольной проверке качества уплотнения составляется двусторонний акт приемки работ по поверхностному уплотнению основания и устройству грунтовых подушек.

Приемка работ по вытрамбовыванию котлованов и возведению фундаментов производится на основе:

акта выполнения опытных работ;

исполнительной схемы расположения котлованов в плане, журнала производства работ по вытрамбованию котлованов (см. прил. 4);

исполнительной схемы расположения фундаментов в плане и их абсолютных отметок;

двустороннего акта на скрытые работы по доуплотнению верхнего слоя или его удалению, составленного представителями заказчика и исполнителя.

3.218. Изготовление грунтовых свай в пределах отдельных фундаментов должно сопровождаться технической документацией в виде журнала глубинного уплотнения основания, составленного по форме, приведенной в приложении.

Для составления технической документации необходимо в пределах каждого фундамента установить нумерацию грунтовых свай, позволяющую легко отыскивать и проверять показатели изготовления грунтовой сваи. Наряду с этим устанавливается нумерация (или обозначение) фундаментов, в основании которых производится уплотнение грунта, а также отдельных блоков, находящихся в пределах одного сплошного поля грунтовых свай, но различающихся между собой проектной отметкой дна котлована.

3.219. Журнал глубинного уплотнения оснований должен заполняться в процессе производства работ непосредственно на месте, после чего передается начальнику участка или специально выделенному лицу, которые ведут наблюдения за производством работ по уплотнению грунта и учет изготовленных грунтовых свай при глубинном уплотнении основания.

3.220. По окончании работ по глубинному уплотнению составляется схема фактического изготовления грунтовых свай с нумерацией и указанием глубины каждой сваи.

3.221. Приемка законченных работ по подготовке оснований глубинным уплотнением должна осуществляться на основании следующих материалов:

журналов и актов производства работ по глубинному уплотнению;

исполнительной схемы расположения грунтовых свай с указанием фактической их глубины;

результатов контроля качества уплотнения по шурфам.

3.222. Приемка работ по глубинному уплотнению просадочных грунтов предварительным замачиванием должна осуществляться по результатам замера осадки поверхностных и глубинных марок, а также по результатам контрольного определения влажности грунта в пределах всей замоченной толщи.

Степень влажности промоченного грунта в пределах всей толщи должна быть не менее 0,8 полной влагоемкости грунта.

3.223. После наступления условной стабилизации производится определение степени влажности грунта и величины относительно просадочности в слоях грунта на всю глубину просадочной толщи.

Относительная просадочность грунта, потерявшего просадочные свойства при уплотнении методом предварительного замачивания, должна быть менее 0,01 при природном давлении.

Отбор образцов грунта для определения влажности, плотности и относительной просадочности грунта производится из шурфов или скважин через каждые 1 — 2 м по глубине из расчета один шурф или две скважины на каждые 10000 м2 замачиваемой площади. Шурф или скважины могут располагаться за пределами застраиваемых участков.

3.224. В том случае, если толща недостаточно увлажнена (п. 3.223), производится повторное замачивание до получения условной стабилизации просадки. В необходимых случаях рекомендуется изменить методику замачивания, а именно: изменить число, глубину и расположение скважин для замачивания (п. 3.204).

3.225. После окончания всех работ по предварительному замачиванию производится повторная вертикальная съемка участка. На ее основе составляется проект вертикальной планировки застраиваемой площади с учетом величины просадки грунта в котлованах и на окружающей территории.

Раздел 4

СТРОИТЕЛЬНОЕ ВОДОПОНИЖЕНИЕ

4.1 (4.1). Правила настоящего раздела распространяются на работы по искусственному понижению уровня грунтовых вод способами открытого водоотлива, дренажа, иглофильтровым, вакуумным, электроосмотическим и открытых водопонизительных скважин, которые применяются самостоятельно или в различных сочетаниях в период строительства зданий и сооружений.

4.2. Искусственное понижение уровня грунтовых вод достигается путем их откачки или отвода к пониженным местам. Оно носит название «строительное водопонижение», когда применяется при производстве земляных и других строительных работ по возведению фундаментов, гидротехнических сооружений, различных подземных сооружений и коммуникаций, а также при разработке горных выработок в строительный период.

Сущность метода основывается на том, что при откачке грунтовых вод, поступающих в скважину, котлован, подземную выработку, поверхность воды в грунте приобретает воронкообразную форму с уклоном к месту откачки. Аналогичный эффект достигается при устройстве дренажа (отводе) грунтовых вод.

Воронкообразная (пониженная) поверхность грунтовых вод называется депрессионной поверхностью, а пространство между непониженной поверхностью грунтового потока и депрессионной поверхностью — депрессионной воронкой.

По мере откачки депрессионная воронка увеличивается по площади распространения и в глубину. Если интенсивность откачки остается постоянной, то со временем наступает стабилизация — установившийся режим, при котором не происходит дальнейшего развития депрессионной воронки. С прекращением откачки уровни грунтовых вод восстанавливаются, и их поверхность постепенно приобретает свою первоначальную (природную) форму.

4.3. Задачи строительного водопонижения заключаются в соответствующем развитии и поддержании в течение необходимого времени депрессионной воронки в водоносных грунтах, прорезаемых котлованом (сооружением), а также в снятии избыточного напора в подстилающих водоносных грунтах, отделенных от котлована водоупором.

Решение второй задачи — снятие напора в подстилающих слоях — обычно достижимо в требуемых размерах; когда, кроме того, полностью решается и первая — основная задача так, что депрессионная поверхность потока в грунтах, прорезаемых котлованом, нигде его не пересекает, тогда строительное водопонижение оказывается особенно эффективным — представляется возможным вести все подземное строительство насухо — как в неводоносных грунтах.

В некоторых случаях полное решение первой задачи невозможно (или требует чрезмерных затрат), например, когда котлован прорезает водоносные слои на всю их толщу, или когда близко под дном котлована залегают водоупорные грунты. В таких случаях депрессионная поверхность грунтового потока пересекает котлован и имеет место фильтрация (высачивание) грунтовых вод через откосы. Фильтрацию необходимо сводить к возможному минимуму, и должны приниматься меры по обеспечению устойчивости откосов котлована.

Возникающие на практике задачи строительного водопонижения не всегда возможно решать применением какого-нибудь одного из вышеперечисленных способов. Во многих случаях применяются комбинированные решения с использованием иногда одновременно, а иногда на разных этапах строительства двух или нескольких способов водопонижения. Так, например, применяя открытые водопонизительные скважины, расположенные вне котлована, в случае если последний прорезает водоупорные прослойки или заглубляется до водоупора, внутри него приходится прибегать к дополнительному открытому водоотливу, к использованию иглофильтров или дренажа.

4.4. Кроме вышеперечисленных для строительного водопонижения возможно применение и других средств: водоприемники с горизонтальными участками фильтров, аэрация водоносных пластов, фильтрующие пригрузки. Целесообразность применения тех или иных средств должна решаться в проекте.

При строительном водопонижении используются в основном временные устройства, а необходимые оборудование и средства устанавливаются, как правило, на определенный срок, ограниченный продолжительностью данного строительства. Наряду с этим могут быть использованы водопонизительные средства и устройства, предусмотренные для эксплуатации сооружения или предприятия. В этом случае водопонизительные средства и устройства должны отвечать соответствующим требованиям проекта, учитывающим условия их дальнейшей эксплуатации.

Совокупность определенно расположенных и предназначенных для приема, откачки и отвода грунтовых вод в строительный период устройств и средств и планомерно соответственно общему ходу строительства выполняемых работ по их сооружению, вводу в действие и содержанию составляет систему строительного водопонижения или водопонизительную систему.

Водопонизительным системам иногда присваивается наименование по типу и характеру главных водопонизительных устройств: линейная — при расположении водопонизительных устройств в ряд по прямой линии; контурная — при их расположении по контуру, огибающему сооружение; кольцевая, когда контур расположения водопонизительных устройств замкнутый; ярусная — при расположении водопонизительных устройств на нескольких уступах по глубине котлована; иглофильтровая; скважинная и т.д.

4.5 (4.2). Выбор способов водопонижения должен учитывать природную обстановку, размеры осушаемой зоны, способы производства строительных работ в котловане и вблизи него, их продолжительность и другие местные условия строительства.

При осуществлении работ по водопонижению должны предусматриваться меры против нарушения природных свойств грунтов в основании существующих и вновь возводимых сооружений и меры, препятствующие нарушению устойчивости откосов и дна котлована.

Водопонизительные работы должны быть взаимоувязаны с земляными и другими строительными работами в зоне действия водопонизительных систем по срокам и технологии производственных процессов, а также по условиям размещения технических средств.

4.6. При выборе способа водопонижения следует прежде всего исходить из того, в какой мере тот или иной способ может быть эффективным в данных природных условиях. В то же время необходимо учитывать, что в процессе работ природная обстановка изменяется. Изменения происходят как вследствие ведения строительства, так и в результате самого водопонижения. Изменяются условия питания и движения грунтовых вод: ухудшение на строительной площадке условий стока поверхностных вод способствует повышенной инфильтрации их в грунт; водотоки и водоемы, до начала строительства служившие дренажом для грунтовых вод, при глубоком понижении их уровня становятся для них дополнительными источниками питания; подземные сооружения создают преграды для движения грунтовых вод и т.д. Возможные изменения природной обстановки должны оцениваться при выборе способов и схем водопонижения.

Существенное значение имеют размеры осушаемой зоны и их соотношение. Открытый водоотлив, например, легче организовывать в крупных котлованах, чем в небольших; при значительных площадях котлованов может оказаться затруднительным использование иглофильтров и т.п. Кроме того, размеры территории, на которой требуется понизить уровень грунтовых вод, и глубина его понижения в значительной мере определяют расположение, размеры и другие параметры водопонизительных систем, средств и устройств и объемы работ.

Целесообразность применения тех или иных методов водопонижения зависит и от способов производства строительных работ в котловане и вблизи него. Так, например, при гидромеханической разработке грунта возможности использования открытого водоотлива , чем при сухой разработке. При мелких уступах в котловане возможно применение неглубоких водопонизительных устройств и средств, работающих на небольшой глубине (иглофильтров, неглубоких открытых скважин, низконапорных центробежных насосов и т.п.), для устройства ярусных водопонизительных систем, применение которых иногда оказывается целесообразным. При высоких уступах разработки требования изменяются, и задачи водопонижения легче решаются с использованием более глубоких скважин и высоконапорных насосов; необходимо учитывать характер съездов в котлован, размещение внешнего кранового оборудования и т.д.

При выборе методов небольших и непродолжительных водопонизительных работ предпочитается мобильность установок, возможность быстрого ввода их в действие и быстрого достижения требуемого эффекта, а при работах, рассчитанных на длительное время, большое значение приобретает к.п.д. водоотливных установок. При этом, учитывая обычно постепенный в таких случаях ввод в действие водопонизительных устройств, представляется возможным использовать (если это выгодно) и более капитальные устройства (например, глубокие скважины, лучевые водозаборы, а иногда и горные выработки).

К числу местных условий строительства, которые следует учитывать при выборе способов водопонизительных работ, относятся: опыт местных строительных организаций, методы защиты от грунтовых вод, принятые на других объектах данной стройплощадки, возможность привлечения специализированной организации, наличное оборудование, условия электроснабжения, условия сброса откачиваемой воды, возможности ее целесообразного использования и др.

4.7. Производство водопонизительных работ влияет на состояние грунтов и их поведение в котловане и в окружающем пространстве. Уже само понижение уровня воды в грунте приводит к увеличению давления от его собственного веса и к дополнительным осадкам территории и возведенных на ней сооружений. В большинстве случаев эти дополнительные осадки достаточно равномерные и не оказывают существенного влияния на работу сооружений. При относительно неглубоких понижениях уровня воды они к тому же невелики. Но при глубоких понижениях уровня грунтовых вод дополнительные осадки могут оказаться значительными, и должны учитываться. При крупных водопонизительных работах необходимо составлять прогнозы возможных осадок в районе развития депрессии уровня грунтовых вод и соответственно согласовывать режим водопонижения, строительства и эксплуатации сооружений.

Местные уплотнения грунта могут происходить и в процессе бурения скважин ударными способами. Они могут вызвать дополнительные осадки близ расположенных фундаментов. Поэтому следует избегать расположения водопонизительных скважин в непосредственной близости от существующих фундаментов.

В процессе производства водопонизительных работ возможно не только уплотнение, но и разрыхление грунтов и нарушение прочностных связей в них. Особенно опасные нарушения природных свойств грунтов происходят, если не принимаются надлежащие меры предосторожности при открытом водоотливе, когда возможна значительная фильтрация через откосы котлована.

Фильтрационный поток создает дополнительное гидродинамическое давление на грунт, ослабляет прочностные связи в нем, может вызвать вынос частиц грунта — все это во избежание нарушения устойчивости откосов котлована и ухудшения оснований сооружений должно учитываться в проекте и при строительстве. В случае фильтрации грунтовых вод через откосы градиенты напора вблизи их поверхности не должны достигать значений, при которых возможен вынос грунта в котлован. В связи с этим не должны допускаться резкие понижения уровня воды в котловане. Фильтрационный поток должен быть рассредоточен. При обнаружении сосредоточенной фильтрации для борьбы с суффозией следует применять фильтрующие пригрузки; в крупных котлованах возможно применять рыхление грунта бульдозером, которое часто дает положительные результаты по рассредоточению фильтрации и прекращению суффозии. В осушенном котловане весь фильтрационный приток должен каптироваться канавами и передовыми траншеями. Для этого они должны быть соответственно заглублены относительно дна котлована, фильтрация через которое не должна допускаться.

Разрыхление грунта возможно также и в процессе бурения, содержания и ликвидации водопонизительных скважин.

При погружении иглофильтров гидравлическим способом без обсыпки грунт вокруг них разрыхляется, некоторое дополнительное разрыхление грунта происходит и при извлечении иглофильтров. Подобные разрыхления часто не оказывают существенного влияния на устойчивость откосов и на основания сооружений, но всегда необходимо принимать их во внимание и в каждом отдельном случае определять, допустимы ли они. Все же, как правило, следует применять иглофильтры с обсыпкой. Это сводит к минимуму разрыхления грунта вокруг скважины и повышает эффективность иглофильтрового способа водопонижения.

Разрыхление грунта вокруг водопонизительных скважин возможно в процессе бурения разными способами из-за вывалов, образования пробок и т.п., а также в процессе откачки — из-за выноса мелких частиц при плохой работе фильтров.

Предотвратить подобные явления возможно, только соблюдая особую тщательность работ при бурении скважин и оборудовании их фильтрами; при бурении в малоустойчивых грунтах следует применять подливку воды в скважины. Фильтры водопонизительных скважин должны строго соответствовать грунту, окружающему скважины.

4.8. Взаимоувязку водопонизительных, земляных и других общестроительных работ следует понимать так, что система водопонижения, как правило, должна приспосабливаться к методике производства общестроительных работ. В то же время при комплексной организации строительства следует учитывать необходимость создания благоприятных условий для эффективного ведения водопонизительных работ. При необходимости внесения изменений в принятую методику тех или других работ принимается то решение, при котором достигаются лучшие общие технико-экономические показатели.

Если предусматривается производство земляных и других строительных работ насухо, то подготовка водопонизительных систем должна быть соответственно заблаговременной для возможности ввода в действие водопонизительных устройств, установок и средств с таким расчетом, чтобы было обеспечено необходимое опережение развития водопонижения по сравнению с развитием земляных и других строительных работ. В проектах земляных работ должна предусматриваться подготовка в первую очередь берм и площадок, на которых производятся погружение иглофильтров, забуривание скважин и размещение насосных установок, устройство зумпфов и (после ввода в действие насосных станций открытого водоотлива) разработка передовых траншей и водоотводных канав. Последние разрабатываются обычно драглайнами или канавокопателями в направлении от зумпфов к водораздельным точкам. Эти устройства в крупных и долго существующих котлованах должны совмещаться с сетью ливнестоков и водосборников, предназначающихся для поверхностных вод.

Водопонизительные установки и устройства, включая сеть водостоков, зумпфов и водосборников, должны размещаться так, чтобы не создавать стеснений для работы землеройного и другого строительного оборудования и транспорта, не препятствовать строительству и эксплуатации соседних сооружений, разработкам полезных ископаемых и т.п.

В то же время при проектировании съездов в котлован транспортных коммуникаций и размещения внешнего строительного оборудования следует учитывать необходимость эффективного расположения водопонизительных устройств.

Во избежание излишних затрат все строительные работы, которые ведутся с применением водопонижения, должны выполняться без перерывов и в минимальные сроки.

При подводной разработке грунтов вместе с ними удаляется то или иное (в зависимости от метода работ) количество воды, что приводит к соответствующему притоку в котлован грунтовых вод и некоторому снижению их уровня. В глубоких котлованах для обеспечения возможности их разработки зеркало воды в них приходится понижать специально с помощью открытого водоотлива. Необходимость в этом возникает и при осушении котлована для производства дальнейших предусмотренных работ. Такая откачка должна вестись равномерно и соответствовать темпам развития водопонижения в грунтовом массиве. При необходимости ускорения процесса осушения котлована (понижения зеркала воды в нем) во избежание нарушения устойчивости его откосов и дна следует применять одновременно с открытым и грунтовый водоотлив способами иглофильтровым, вакуумным или открытых водопонизительных скважин.

При производстве водопонизительных работ понижение уровня грунтовых вод развивается далеко за пределы того объекта, для которого оно предназначено. Это обстоятельство должно быть использовано как облегчающее условия строительства соседних подземных сооружений. Но иногда оно может и ухудшить условия строительства смежных объектов, если там, к примеру, будут осушены грунты, которые предусматривается разрабатывать методами гидромеханизации. Также котлован, разрабатываемый подводным способом, представляющий собой открытый водоем, может послужить причиной увеличения притока в соседние котлованы, разрабатываемые насухо.

Взаимоувязка работ на соседних объектах необходима и при проектировании водоотводящих коммуникаций, водоснабжения и энергоснабжения.

4.9. При выборе методов водопонижения необходимо разрабатывать и рассматривать различные возможные варианты. Сопоставляя их, следует учитывать не только собственные показатели вариантов водопонижения, но и то, какие условия создаются в каждом из них для выполнения сопутствующих строительных работ, стремясь к достижению в каждом случае минимальной общей стоимости работ и к быстрейшему их выполнению. В сложных случаях приходится разрабатывать и рассматривать варианты комплексных решений данного подземного строительства и при технико-экономическом сравнении их рассматривать общие (объектные) показатели работы,

4.10 (4.3). Способ открытого водоотлива может быть применен в разнообразных грунтовых условиях и при различной глубине, если соблюдение всех требований п. 4.5 (4.2) не представляет затруднений.

4.11. Под открытым водоотливом понимается откачка воды, проникающей в котлован, траншею или горную выработку с помощью открытых (к которым имеется непосредственный доступ) насосных установок и станций. Открытый водоотлив ведется, как правило, из специальных зумпфов и водосборников, к которым вода поступает по канавкам и водостокам, каптирующим фильтрационный приток через откосы и дно котлована (рис. 18).

Рис. 18 Открытый водоотлив в котловане

1 — дренажная канава; 2 — зумпф; 3 — пониженный уровень грунтовых вод; 4 — дренажная пригрузка; 5 — насос

Для открытого водоотлива типичны его централизованный характер и применение насосных установок с высоким к.п.д. Кроме того, при открытом водоотливе цели строительного водопонижения достигаются откачкой минимально возможного притока грунтовых вод. В то же время при открытом водоотливе несколько увеличивается объем котлована за счет канавок и зумпфов. Это увеличение почти не ощущается при разработке больших котлованов и карьеров и более ощутимо при разработке малых котлованов. Несмотря на это, открытый водоотлив является экономичным способом производства водопонизительных работ.

Для применения открытого водоотлива не ставятся ограничения в зависимости от характера грунтов и их фильтрационных свойств. Но в то же время следует учитывать, что в малоустойчивых грунтах возможны затруднения, связанные с необходимостью предохранения от нарушения свойств грунтов в откосах и в основании сооружений и обеспечения надлежащей эффективности большинства методов земляных и строительных работ, а соответствующие мероприятия по созданию нормальных условий работы при открытом водоотливе требуют иногда значительных затрат.

При разработке котлованов в гравийных и галечниковых, полускальных и скальных грунтах сохранение грунтов в устойчивом состоянии обычно не вызывает затруднений, но и в этих условиях организации приема и отвода фильтрационных вод и взаимоувязке с другими работами должно уделяться надлежащее внимание, иначе может быть снижена эффективность использования различного строительного оборудования и транспорта. При этом опасность возможных осложнений возрастает с глубиной котлована и увеличением притока подземных вод.

Организация открытого водоотлива облегчается при разработке грунтов методами гидромеханизации, так как откачка грунтовых вод обычно совмещается с удалением из котлована пульпы, а в забое допускается разрыхление грунтов фильтрационным потоком.

4.12. Разработка крупных и глубоких котлованов при открытом водоотливе ведется с передовыми траншеями, имеющими глубину, несколько большую, чем соответствующий уступ котлована.

Разработка насухо глубоких котлованов осуществляется ярусами. Разработка каждого яруса начинается с проходки пионерной (разрезной) траншеи глубиной, несколько превышающей высоту яруса. Уклон траншеи принимается противоположным направлению движения экскаватора. При этом в начале траншеи (вблизи съезда) устраивается водоприемный зумпф для сбора фильтрующей воды. Насосы для откачки воды устанавливаются на дне траншеи вблизи зумпфа или вблизи верхней бровки траншеи на поверхности земли. Последнее рекомендуется при больших притоках, тогда высота яруса регламентируется фактической высотой всасывания насосов и не превышает 3 — 4 м.

По окончании разработки траншеи на уровне ее дна в месте расположения зумпфа организуется постоянная станция открытого водоотлива, действующая в течение всего периода разработки яруса.

При большой площади котлована в пределах одного яруса могут устраиваться дополнительные насосные станции. По окончании выемки земли по контуру дна устраиваются водосборные траншеи.

В аналогичном порядке осуществляется открытый водоотлив на последующих ярусах разработки котлована.

В больших по размерам в плане котлованах, в которых выемка земли производится уступами, каждый уступ разрабатывается ярусами с применением открытого водоотлива, как указано выше.

4.13. Водоотлив непосредственно из передовых траншей или из котлованов, не имеющих специальных зумпфов, может быть допущен, когда не требуется их полного осушения, например при подводной разработке грунтов грейферами или земснарядами. Когда же требуется полное осушение котлована, должны быть заблаговременно подготовлены зумпфы и обеспечен беспрепятственный сток воды к ним.

Котлованы, разрабатываемые в обводненных глинистых грунтах, рекомендуется переуглублять на 20 — 40 см ниже проектных отметок и выполнять втрамбовку и сплошную подсыпку щебнем или гравием.

4.14 (4.4). Дренажи в виде открытых или заполненных фильтрующим материалом канав и траншей, а также трубчатых дрен с фильтрующей обсыпкой разрешается размещать как вне котлована, так и непосредственно в нем. Устройство дренажей в виде подземных галерей разрешается в случае их использования в дальнейшем в период постоянной эксплуатации сооружений.

4.15. Простейшим видом дренажей, применяемых для строительного водопонижения, являются канавки и передовые траншеи в котлованах, устраиваемые при открытом водоотливе из зумпфов.

Иногда дренажные траншеи, когда позволяет территория, отведенная под строительство, размещаются вне котлованов, в которых производятся основные строительные работы, образуя внешний траншейный дренаж. Его применение часто оказывается целесообразным, особенно в тех случаях, когда представляется возможным осушить таким способом значительную площадь, подземные работы на которой ведутся длительное время.

В малоустойчивых грунтах нижняя, затопленная часть канав и траншей может быть заполнена фильтрующим материалом (камнем, щебнем, гравием). При необходимости использования площади, занятой канавами или траншеями, они после укладки фильтрующего материала могут быть засыпаны грунтом с постепенным переходом в материале засыпки от крупных фракций к мелким (т.е. с устройством обратного фильтра) для предохранения от засорения его водопроводящей части.

Более надежны в эксплуатации трубчатые дренажи (рис. 19), состоящие из трубчатых водотоков и фильтрующей (иногда из нескольких слоев) обсыпки. Наличие трубы облегчает сток воды. С помощью смотровых колодцев она становится доступной для контроля и чистки. Возможна и промывка фильтров. Благодаря этому обеспечиваются длительный срок службы трубчатых дренажей и их высокая эффективность.

Рис. 19. Дренаж на откосах котлована

1 — пониженные уровня грунтовых вод; 2 — песчаная пригрузка; 3 — дренажная труба; 4 — засыпка гравием

Дренажи в виде проходных и полупроходных подземных галерей ввиду их значительной стоимости применяются в основном для периода эксплуатации сооружений, рудников, в качестве постоянного средства осушения территорий предприятий, населенных пунктов, для борьбы с оползнями и т.д. Там, где они предусматриваются для подобных целей, их при заблаговременном исполнении возможно использовать и для водопонижения в строительный период.

При внешних дренажах приходится откачивать больший приток грунтовых вод, чем при использовании внутрикотлованных дренажей и открытом водоотливе. В то же время внешние дренажи имеют существенное достоинство, так как не создают стеснений для производства земляных и других строительных работ в котловане.

Для строительного водопонижения применяются дренажи линейные, вытянутые вдоль прямой линии, и контурные (кольцевые), расположенные вокруг сооружения. Если дренаж доходит до подстилающего водоносный слой водоупора, он называется совершенным, в противном случае — несовершенным.

4.16. Каптируемые дренажами грунтовые воды отводятся к пониженным местам территории — в овраги, речки, водоемы, если есть такие возможности в районе строительства, или к специальным водосборникам (зумпфам), у которых устраиваются перекачные насосные станции. В случае их применения следует учитывать, что эффективность водоотлива при использовании дренажей с фильтрами увеличивается (благодаря откачке чистой воды) по сравнению с дренажами в виде открытых канав.

4.17. Работы по устройству дренажей следует начинать от мест сброса дренажных вод, чтобы все время был обеспечен сток воды. При использовании перекачных насосных станций они должны сооружаться заблаговременно. При глубоких дренажах насосные станции выполняются в шахтах или опускных колодцах, сооружаемых в первую очередь.

4.18 (4.5). Иглофильтровый способ следует применять в неслоистых грунтах, имеющих коэффициенты фильтрации от 1 до 50 м/сутки, с использованием установок типа ЛИУ, позволяющих достигать понижение уровня грунтовых вод одной ступенью на глубину до 4 — 5 м от оси насоса.

4.19. Иглофильтровый способ заключается в использовании для забора воды из грунта часто расположенных скважин с трубчатыми водоприемниками малого диаметра (рис. 20) — иглофильтров, соединенных общим всасывающим коллектором с центральной (для группы иглофильтров) насосной станцией, включающей насосы (рис. 21), способные откачивать воду и воздух.

Рис. 20. Конструкции иглофильтров

а — с перфорированной трубой под сеткой; б — со спиральной проволочной обмоткой; 1 — наконечник; 2 — шаровой клапан; 3 — внутренняя труба; 4 — наружная перфорированная труба; 5 — фильтровая сетка; 6 — стальной крепежный колпачок; 7 — муфта; 8 — переходная муфта; 9 — надфильтровая труба; 10 — муфта; 11 — проволочная спираль

Рис. 21. Насосный агрегат ЛИУ-6Б

1 — электродвигатель; 2 — фрикционная муфта; 3 — центробежный насос; 4 — вакуум-насос; 5 — опорная рама; 6 — вакуумметр; 7 — колпак; 8 — манометр

Иглофильтры чаще всего погружают гидравлическим способом. При этом образуется скважина, диаметр которой значительно больше диаметра иглофильтра, зазор в скважине между грунтом и иглофильтром целесообразно заполнять песчано-гравийной обсыпкой. При этом в верхней части скважины устраивается глиняный тампон. В крупнозернистых грунтах, не требующих применения обсыпки, допускается заполнение скважины оплывающим грунтом, если это не опасно для сооружений.

Когда иглофильтры должны прорезать трудноразмываемый грунт, для них специально бурятся скважины.

Извлечение иглофильтров производится с подмывом для уменьшения сил трения по боковой поверхности иглы.

Иглофильтры, так же как и дренажи, применяются в виде линейных (рис. 22) и контурных (рис. 23) систем, которые также могут быть совершенными (доходящими до водоупора) и несовершенными (не доходящими до водоупора).

Рис. 22. Линейная система иглофильтров

1 — крепление траншеи; 2 — иглофильтры; 3 — соединительный шланг; 4 — всасывающий коллектор; 5 — гибкий шланг; 6 — насосный агрегат ЛИУ; 7 — напорный трубопровод; 8 — сбросной трубопровод; 9 — пониженный уровень грунтовых вод

Рис. 23. Контурная система иглофильтров

1 — насосный агрегат; 2 — иглофильтры; 3 — напорный трубопровод; 4 — сбросной трубопровод; 5 — дренажная пригрузка; 6 — пониженный уровень грунтовых вод

Иглофильтры могут применяться для понижения уровня грунтовых вод и на глубину более 4 — 5 м. Тогда водопонижение ведется ступенями с применением ярусных водопонизительных систем при расположении иглофильтров на двух или нескольких горизонтах по высоте (рис. 24).

Рис. 24. Схема ярусного водопонижения иглофильтрами

1 — конечное положение депрессионной поверхности грунтовых вод; 2 — иглофильтры верхнего яруса; 3 — иглофильтры нижнего яруса

Вначале вводится в действие самый верхний (ближайший к поверхности земли) ярус иглофильтров. Под его защитой отрывается первый (верхний) уступ котлована и монтируется второй (считая сверху вниз) ярус иглофильтров, после ввода в действие которого отрывается второй уступ котлована и т.д. Во многих случаях при вводе в действие каждого последующего яруса иглофильтров предыдущий ярус может быть выключен из работы и демонтирован, но иногда (например, при больших расстояниях по горизонтали между иглофильтрами разных ярусов или при наличии водоупорных прослоек между двумя горизонтами установки иглофильтров) приходится содержать в работе одновременно иглофильтры двух и более ярусов.

Применение иглофильтров может оказаться целесообразным и при необходимости водопонижения в слабопроницаемых грунтах, ниже которых залегает более водопроницаемый слой. В таких случаях иглофильтры следует заглублять в нижний слой (рис. 25) с обязательным выполнением обсыпки по всей высоте скважины.

Рис. 25. Схема водопонижения иглофильтрами в двухслойной среде

1 — иглофильтры; 2 — песчано-гравийная обсыпка; 3 — глиняный тампон; 4 — всасывающий коллектор; 5 — насосный агрегат; 6 — напорный трубопровод; 7 — сбросной трубопровод; 8 — пониженный уровень грунтовых вод

Технические показатели основной выпускаемой в Советском Союзе иглофильтровой установки ЛИУ-6Б приведены в табл. 5, комплекты поставок — в табл. 6.

Таблица 5

Таблица 6

4.20. Выбор оборудования и числа насосных агрегатов определяется величиной ожидаемого притока грунтовых вод и требованиями, связанными с ограничением длины коллектора, обслуживаемого одним насосным агрегатом.

При малых понижениях уровня грунтовых вод и небольших коэффициентах фильтрации решающей величиной при выборе числа насосов является предельная длина коллектора, которую должен обслуживать один насос. В этом случае насосы работают с недогрузкой по производительности. Наоборот, при больших коэффициентах фильтрации и больших понижениях решающей является величина притока. Длина коллектора, приходящаяся на один насос, в этих случаях бывает меньше предельной.

Выбор расстояния (шага) между иглофильтрами, принимаемого кратным расстоянию между штуцерами коллектора, производится в зависимости от величины расчетной производительности одного иглофильтра и разности уровней в нем и в центре котлована. Верх фильтра должен быть заглублен ниже расчетного уровня воды в скважине.

4.21. Аналогично применению иглофильтров могут быть использованы горизонтальные и неглубокие (до 7 — 8 м) вертикальные и наклонные буровые скважины, оборудованные фильтрами, которые можно объединять в группы и с помощью всасывающего коллектора подключать к самовсасывающему насосу или к насосному агрегату типа ЛИУ.

4.22 (4.6). Вакуумный способ, при котором вакуум развивается в зоне фильтра водоприемника, следует применять в грунтах, имеющих коэффициенты фильтрации от 0,05 до 2 м/сутки:

при необходимой глубине понижения уровня грунтовых вод до 6 — 7 м — с использованием установок вакуумного водопонижения типа УВВ и иглофильтров с обсыпкой;

при необходимой глубине понижения уровня грунтовых вод до 10 — 12 м — с использованием эжекторных иглофильтров с обсыпкой;

при переслаивании водоносных и водоупорных грунтов — с использованием эжекторных вакуумных водопонизительных установок типа ЭВВУ с вакуумными концентрическими скважинами, позволяющими достигать понижения уровня грунтовых вод до 20 — 22 м.

4.23. Основной особенностью, отличающей вакуумное водопонижение от обычного, является создание на наружных поверхностях водоприемных устройств устойчивого вакуума.

Вакуумирование водонасыщенных грунтов применяется для усиления эффекта водопонижения в сложных гидрогеологических условиях — при малой водопроницаемости, низкой водоотдаче и неоднородном сложении грунтов, в частности при переслаивании водоносных и водоупорных слоев.

Вакуумирование позволяет значительно снизить высоту остаточного слоя воды над водоупором в случае его близкого залегания от дна траншеи или котлована и уменьшает продолжительность периода развития депрессии в слабопроницаемых грунтах. При слоистом строении толщи путем вакуумирования можно понизить уровень грунтовых вод во всех водоносных прослойках.

Для понижения уровня грунтовых вод с помощью установок УВВ в грунт погружаются обычные иглофильтры, вокруг которых обязательно устраивается обсыпка. Для обсыпки используется чистый песок с диаметрами частиц от 0,5 до 2 мм.

В установках УВВ для создания в полости всасывающего коллектора устойчивого вакуума используется водовоздушный эжектор, производящий в основном откачку воздуха, выделяющегося из водовоздушной смеси, поступающей из иглофильтров. При ограниченном поступлении воздуха к водоприемной части иглофильтров в них развивается вакуум порядка 5 м вод. ст. и более.

Откачка воды обеспечивается водо-водяным эжектором. Оба эжектора питаются рабочей водой, поступающей к ним от центробежного насоса. При значительном содержании в водовоздушной смеси одного из компонентов (воды или воздуха) каждый из эжекторов установки способен частично принять на себя функции другого.

В табл. 7 приведены технические показатели, а в табл. 8 — комплект поставки основной выпускаемой в Советском Союзе установки вакуумного водопонижения — УВВ-2 (рис. 26).

Таблица 7

Таблица 8

Рис. 26. Общий вид установки УВВ-2

1 — иглофильтры; 2 — всасывающий коллектор; 3 — электродвигатель; 4 — центробежный насос; 5 — опорная рама; 6 — гофрированный рукав; 7 — водовоздушный эжектор; 8 — циркуляционный бак; 9 — водо-водяной эжектор; 10 — грязевой насос; 11 — рукав сбросного трубопровода; 12 — шкаф с электрооборудованием

4.24. Установки вакуумного водопонижения на линейно-протяженных объектах (каналах, траншеях, тоннелях мелкого заложения и т.п.) следует располагать с обеих сторон сооружения.

При защите котлованов установки УВВ размещаются по кольцевой схеме.

Коллекторы и насосные агрегаты должны располагаться на высоте не более 7 — 7,5 м над дном котлована при залегании водоупора на глубине до 9 м от поверхности земли и на высоте 6,5 — 7 м над дном котлована при более глубоком залегании водоупора.

Песчаная обсыпка иглофильтров при вакуумном водопонижении в безнапорных водоносных слоях с коэффициентом фильтрации от 2 до 0,5 м/сут устраивается высотой 2,5 — 3,5 м от забоя скважины, верхняя часть скважины при этом заполняется местным грунтом. В остальных случаях установленной в п. 4.22 области применения УВВ песчаную обсыпку иглофильтров следует доводить до поверхности земли.

4.25. Установки с эжекторными иглофильтрами (рис. 27) состоят из иглофильтров с эжекторными водоподъемниками, распределительного и сбросного трубопроводов, центробежного насоса и циркуляционного резервуара.

Рис. 27. Общий вид установки с эжекторными иглофильтрами

1 — иглофильтры; 2 — глиняный тампон; 3 — пробковые краны; 4 — распределительный напорный трубопровод; 5 — сбросной коллектор; 6 — центробежный насос; 7 — задвижки; 8 — циркуляционный бак; 9 — пониженный уровень грунтовых вод

Эжекторный иглофильтр состоит из двух колонн труб: наружной — водоприемной, с подсоединенным к ней фильтровым звеном, и внутренней — водоподъемной, к нижнему концу которой присоединен эжектор, состоящий из насадки и диффузора (рис. 28).

Рис. 28. Эжекторный иглофильтр

а — фильтровое звено; б — общий вид; 1 — наконечник; 2 — шаровой клапан; 3 — седло шарового клапана; 4 — внутренняя труба с окнами; 5 — перфорированная труба; 6 — фильтровая сетка; 7 — проволочная спираль; 8 — седло эжектора; 9 — насадка эжектора; 10 — диффузор; 11 — водоподъемная труба; 12 — надфильтровые трубы; 13 — фильтровое звено

По кольцевому зазору между наружной и внутренней трубами центробежным насосом нагнетается «рабочая» вода. Проходя через эжектор, нагнетаемая вода создает вакуум, благодаря которому увлекает за собой поступающую через фильтр грунтовую воду. Смесь рабочей и грунтовой воды выбрасывается наружу, поступает в циркуляционный резервуар, откуда частично отводится для питания центробежного насоса установки.

Гидравлическим способом погружается только наружная труба. По достижении ею проектного положения несколько минут производят промывку затрубного зазора.

Зазор между грунтом и иглофильтром, образовавшийся в результате размыва, заполняется песчаной обсыпкой, а в верхней части тампонируется глиной для предотвращения прорыва воздуха в прифильтровую зону. При монтаже иглофильтров в предварительно пробуренных скважинах обсыпка ведется с одновременным извлечением обсадных труб.

После прекращения подачи воды в наружной трубе монтируется колонна водоподъемных труб с эжектором. В начале откачки за счет уменьшения давления в полости фильтра шаровой клапан плотно входит в свое гнездо, перекрывая отверстие в наконечнике.

4.26. Применение эжекторных иглофильтров возможно и на глубину более 12 м при соответствующем технико-экономическом обосновании. При глубине требуемого понижения уровня грунтовых вод более 22 м они не применяются.

4.27. Эжекторные водопонизительные установки с вакуумными концентрическими скважинами ЭВВУ отличаются от обычных установок с эжекторными иглофильтрами только конструкцией водоприемников (иглофильтров), в которых устроена дополнительная фильтровая оболочка, закрепленная коаксиально на наружной колонне труб и перекрывающая по высоте всю толщу, в которой понижается уровень грунтовых вод.

Фильтровая оболочка концентрических вакуумных водоприемников изготовляется из профилированной узкой стальной оцинкованной ленты. Скважность оболочек составляет 12 — 15%.

Концентрические вакуумные водоподъемники устанавливаются в заранее пробуренные скважины. Вокруг фильтровых оболочек устраивается песчано-гравийная обсыпка, а в верхней части над обсыпкой укладывается глиняный тампон.

Наличие концентрического зазора между фильтровой оболочкой и наружной колонной труб обеспечивает распространение вакуума вокруг иглофильтра по всей его высоте, а также позволяет осуществить отвод воды из всех водоносных прослоек прорезаемой иглофильтром водоносной толщи.

Максимальный дебит концентрической вакуумной скважины не должен превышать 4 — 5 м3/ч, в противном случае эжектор не развивает вакуума.

В комплект установки ЭВВУ входят: 30 вакуумных концентрических эжекторных иглофильтров (рис. 29), циркуляционный резервуар, два центробежных насоса (основной и резервный) марки 6МС7 с электродвигателем мощностью 75 кВт, напорно-распределительный трубопровод, сливной коллектор, сбросной коллектор для отвода воды, электрооборудование.

Рис. 29. Вакуумная концентрическая скважина

1 — водоприемное звено; 2 — эжектор с насадкой и диффузором; 3 — фильтровая оболочка; 4 — соединительные муфты оболочки; 5 — песчано-гравийная обсыпка; 6 — направляющие фонари; 7 — глиняный тампон; 8 — надфильтровые трубы; 9 — вакуумметр

4.28 (4.7). Электроосмотический способ, при котором отсасывание воды из грунта происходит под действием электроосмотических сил, возникающих при пропускании через грунт постоянного тока, следует применять в слабопроницаемых грунтах, имеющих коэффициенты фильтрации менее 0,05 м/сутки, как средство усиления эффекта осушения слабопроницаемых грунтов на глубину, зависящую от типа основных водопонизительных средств.

4.29. Электроосмотический способ водопонижения — электроосушение основан на использовании явления электроосмоса, представляющего собой движение воды в порах грунта в поле постоянного электрического тока от анода к катоду. Способ может быть применен для незасоленных грунтов с удельным электрическим сопротивлением более 500 Ом·см при ширине котлована до 40 м.

Электроосушение заключается в создании вокруг массива грунта электроосмотической завесы, которая приводит заключенную в нем воду в капиллярно-натяженное состояние и позволяет вскрыть котлован насухо. С этой целью по периметру будущего котлована устанавливают два ряда электродов (рис. 30): с внешней стороны иглофильтры (катоды), из которых производят откачку воды, а с внутренней — металлические трубы (аноды). Перечень необходимого оборудования для электроосушения приведен в табл. 9.

Таблица 9

Иглофильтры устанавливают по периметру котлована на расстоянии 0,75 — 1,5 м друг от друга и на расстоянии 1,5 м от бровки котлована. Глубина погружения иглофильтров должна быть не менее чем на 3 м ниже проектного пониженного уровня грунтовых вод.

Электроды, состоящие из металлических труб, погружают по периметру котлована с внутренней стороны контура иглофильтров на таком же расстоянии друг от друга, как и иглофильтры. Расстановка электродов и иглофильтров производится в шахматном порядке.

Расстояние между рядами электродов (иглофильтров и труб) должно быть 0,8 м.

Глубина погружения электродов должна соответствовать глубине погружения иглофильтров. Электроды должны выступать на 0,2 — 0,4 м над поверхностью земли.

Рабочее напряжение электрической установки по правилам безопасности производства работ следует устанавливать 40 — 60 В.

Время от начала включения электрического тока до начала проходки котлована практически составляет трое суток. Дальнейший период электроосушения соответствует сроку производства строительных работ в котловане.

Рабочие, обслуживающие установки электроосушения, должны быть снабжены резиновыми перчатками и резиновыми сапогами или галошами.

4.30 (4.8). Открытые (соединяющиеся с атмосферой) водопонизительные скважины следует применять в виде:

а) скважин — колодцев, оборудованных насосами, — при больших (начиная с 4 м и более) глубинах требуемого понижения уровня грунтовых вод, а также при небольших глубинах водопонижения (менее 4 м), когда использование иглофильтров затруднительно из-за больших притоков, необходимости осушения значительных площадей и стесненности территории;

б) самоизливающихся скважин различного наклона — для снятия избыточного давления в напорных водоносных горизонтах, а также для глубокого водопонижения (горизонтальные скважины на откосах открытых котлованов, лучевые водозаборы, восстающие скважины из подземных выработок);

в) водопоглощающих скважин, с помощью которых грунтовые воды сбрасываются в нижележащие пласты, — для водопонижения в условиях, когда ниже водоупора, подстилающего верхние водоносные грунты, залегают неводоносные грунты, имеющие коэффициенты фильтрации не ниже 10 м/сутки, или при значительной разности пьезометрических уровней водоносных пластов;

г) сквозных фильтров, через которые поступающие в них грунтовые воды сбрасываются в подземные выработки, — для глубокого водопонижения в условиях, когда на площадке имеются или сооружаются для эксплуатационного периода подземные выработки или подземные дренажные галереи.

4.31. Скважины-колодцы (рис. 31) с индивидуальными насосами применяются в грунтах с коэффициентом фильтрации более 2 м/сут при достаточной толщине водоносного слоя, при которой обеспечивается требуемая производительность скважин. Число, дебит, шаг скважин определяются расчетом.

Рис. 31. Скважина-колодец

1 — кондуктор; 2 — местный песчаный грунт; 3 — песчано-гравийная обсыпка; 4 — просечной лист; 5 — отстойник; 6 — насосный агрегат; 7 — муфта; 8 — направляющие фонари; 9 — водоподъемные трубы; 10 — надфильтровые трубы; 11 — пьезометр для замера уровня воды в обсыпке; 12 — пьезометр для замера уровня воды в скважине

С помощью скважин-колодцев осуществляется водопонижение при строительстве промышленных и гражданских объектов, имеющих в своем составе подземные сооружения всевозможной конфигурации в плане и по глубине, в том числе и расположенные на территориях действующих предприятий и городов. Скважины-колодцы широко применяются и в горнорудной промышленности при строительстве карьеров, разрезов и шахт.

Скважины-колодцы оборудуются специальными скважинными насосами. В Советском Союзе выпускаются скважинные насосы с погружным электродвигателем и с трансмиссионным валом (табл. 10), применение которого позволяет вынести двигатель на поверхность. Насосы с погружным электродвигателем выпускают в соответствии с ГОСТ 10428-71*. Предусмотренные в этом ГОСТе типоразмеры вместе с уже выпускаемыми сериями охватывают насосы с весьма широким диапазоном характеристик (рис. 32, 33). Благодаря этому имеющиеся сейчас широкие возможности для решения задач водопонижения в различных природных условиях будут еще более расширены. При выборе оборудования для конкретных объектов оптимальные параметры насосов (расход, напор) должны соответствовать расчетной производительности скважин и требуемой высоте подъема воды из них.

Таблица 10

<> Типоразмеры насосов ЭЦВ соответствуют ГОСТ 10428-71.

<**> М и К — обозначение модернизации до введения ГОСТ 10428-71*.

Примечание. Типоразмеры насосов обозначены буквами и числами.

Буквы обозначают: А — артезианский; В — водяной; Г — допускается повышенное содержание твердых механических примесей в воде; Н — насос; П — погружной; Т — турбинный; Тр — допускается повышенная температура воды; Х — допускается химическая активность воды; Ц — центробежный; Э — с приводом от погружного электродвигателя.

Числа обозначают: первое (для насосов типа ЭЦВ — первое после букв) — внутренний диаметр фильтровой колонны, уменьшенный в 25 раз и округленный; второе — для насосов типов: А — быстроходность, АТ и АТН — рабочее колесо; ЭПН и ЭЦВ — производительность, м3/ч; третье — для насосов типов: А — число корпусов насоса; АП и АТН — число рабочих колес; ЭПН и ЭЦВ — напор, м. Для насосов типа ЭЦВ перед буквами ставится порядковый номер модернизации, например: 1ЭЦВ12-160-65.

Рис. 32. Характеристики насосов типа ЭЦВ

Рис. 33. Характеристики насосов типа А, АП, АТН, ЭПН

Основным конструктивным элементом скважины-колодца является фильтровая колонна, состоящая из фильтра, отстойника и надфильтровых труб, внутри которых по возможности выше фильтра размещается насос.

Диаметр фильтровой колонны выбирается из условия удовлетворения требованиям эксплуатации и обеспечения необходимой производительности скважины. Требования эксплуатации заключаются в необходимости пропуска расчетного расхода воды, особенно на стесненных участках, где расположены насосы, двигатели и приспособления для их омывания (охлаждения), свободного монтажа и демонтажа насосов, опускания необходимых приборов, например для измерения искривлений скважин и т.п.

В большинстве случаев этим эксплуатационным требованиям отвечает выбор типоразмера труб, следующего за минимально допустимым для выбранного типа насоса. Окончательно диаметр, длина фильтра, полная глубина скважины и ее производительность устанавливаются исходя из соответствующих расчетов.

Скважины-колодцы могут устраиваться: с помощью механического или гидравлического бурения с последующим опусканием в буровую скважину фильтровой колонны и устройством обсыпки; непосредственно гидравлическим погружением фильтра в грунт; гидропневматическим погружением фильтров и обсадных труб. Наиболее распространено механическое бурение с применением вращательного с прямой и обратной промывкой, грейферного и ударно-канатного бурения.

Для контроля за работой скважин каждая 10 — 15-я (в зависимости от их числа) оборудуется скважинным пьезометром для замера уровня внутри фильтровой колонны, затрубным пьезометром для замера уровней за фильтровой колонной, дополнительной задвижкой для замера дебита и взятия проб на пескование. В необходимых случаях дополнительной задвижкой оборудуется каждая скважина.

Для повышения производительности и дополнительного снижения уровней совершенные (вскрывающие весь водоносный слой до водоупора) скважины могут выполняться с уширенным основанием — специальной полостью, образуемой в водоупоре и заполненной фильтрующим материалом.

4.32. Самоизливающиеся скважины различного наклона (с изливом через устье) экономичны в эксплуатации, так как вода от них отводится к централизованным насосным станциям открытого или подземного водоотлива, имеющим высокий к.п.д. Они применяются тогда, когда возможен излив из них на достаточно более низкую отметку, чем должен иметь пониженный уровень грунтовых вод.

4.33. Самоизливающиеся скважины для снятия избыточного напора в нижележащих водоносных слоях назначаются для предотвращения опасных прорывов напорных вод в котлован или подземные выработки, а также с целью предохранения от нарушения устойчивости грунтов и их разуплотнения в основании сооружений. Такие скважины выполняются в большинстве случаев вертикальными или под небольшим углом к вертикали и забуриваются с разных горизонтов: иногда с поверхности земли, с берм на откосах, со дна котлована, из подземных выработок — в зависимости от принятого порядка производства работ и от объекта, для защиты которого они предназначены. Они могут служить в основном средством снятия напора, когда излив из них обеспечивает достаточное снижение пьезометрического уровня грунтовых вод в напорном водоносном слое (см. пп. 4.60, 4.61), или же могут быть использованы в качестве резервного мероприятия, когда напор снимается с помощью скважин-колодцев, на случай аварийных перерывов в работе насосов (рис. 34).

Рис. 34. Система водопонижения с применением резервных самоизливающихся скважин

1 — иглофильтры; 2 — скважины-колодцы; 3 — самоизливающиеся резервные скважины

Число самоизливающихся скважин и их параметры — диаметр, длина фильтрового звена, состав фильтровой обсыпки, отметка устья — определяются расчетом с учетом отметки излива воды и гидравлических потерь напора в них.

Размещение самоизливающихся скважин выбирается с учетом местных гидрогеологических условий, а также условий производства работ (конфигурация котлована, траншей, подземных выработок, размещения оборудования, трасс движения механизмов и транспорта).

Самоизливающиеся скважины должны быть заглублены в достаточно водообильную зону водоносного слоя, для снятия напора в котором они предназначены.

Ниже фильтрового звена самоизливающаяся скважина должна иметь отстойник, а устье скважины должно быть защищено от попадания в нее случайных предметов и засорения грунтом из котлована.

В случае прекращения самоизлива необходимо установить, не связано ли это с засорением или повреждением скважины. Если это так, то необходимо срочно принять меры к ее восстановлению.

4.34. Самоизливающиеся горизонтальные или слабо наклонные к горизонту скважины, устраиваемые с берм на откосах (рис. 35), предназначаются для забора воды из глубины грунтового массива и устранения открытой фильтрации через грунт. Они применяются для защиты долго существующих откосов в котлованах и карьерах, отрытых под защитой других средств, а также на природных склонах. Иногда они служат основным средством водопонижения. Это может оказаться целесообразным на природных склонах и в ряде случаев в котлованах и карьерах на втором этапе работ после их отрывки, например если котлован отрыт с применением открытого водоотлива, а использование его на протяжении длительного периода вызывает затруднения. Устройство горизонтальных скважин в этом случае является одним из возможных решений, которые следует сравнивать с устройством дренажа, пригрузок на откосах и др.; горизонтальные скважины, требующие для своего содержания меньших затрат, чем водопонизительные колодцы, оборудованные глубинными насосами, могут заменить и систему последних после отрывки котлована, если за период работы их устройство окупается и дает экономические выгоды.

Рис. 35. Схема устройства горизонтальной скважины

1 — фильтровая колонна, оборудованная наконечником с обратным клапаном; 2 — отстойник для оборотной воды; 3 — откидные домкраты для упора трактора в грунт; 4 — домкраты с зажимным хомутом; 5 — маслостанция; 6 — опорная рама; 7 — передвижная насосная станция гидроподмыва

Применение горизонтальных скважин в котлованах возможно и как вспомогательное средство для устранения фильтрации через откосы над водоупорными слоями в местах сосредоточенных выходов воды на откосы и т.п.

Применение горизонтальных скважин резко сокращает фильтрацию воды через откос, а вместе с ней и вынос грунта фильтрующейся водой (суффозию), что способствует повышению устойчивости откосов.

Бурение горизонтальных скважин на откосах котлованов целесообразно производить гидравлическим способом с одновременным задавливанием фильтровой колонны с помощью специальных станков.

4.35. Лучевые водопонизительные устройства (водозаборы) состоят из радиальных систем горизонтальных скважин, забирающих воду из водоносного слоя и отводящих ее в центральный водосборный колодец (рис. 36). Они обладают высокой производительностью и могут обеспечить значительное пространственное развитие понижения уровней (напоров) грунтовых вод. При соответствующем технико-экономическом обосновании лучевые водозаборы могут применяться для крупных и длительных водопонизительных работ.

Рис. 36. Лучевой водозабор

1 — шахта; 2 — лучевые скважины; 3 — центробежные насосы

Возможно применение радиальных скважин без специального водосборного колодца, когда лучи направляются в сторону потока грунтовых вод из одного или нескольких пунктов в котловане (например, из его углов), а вода от них отводится по канавкам. Лучевые водопонизительные устройства обладают следующими достоинствами:

позволяют достигнуть почти полного понижения уровня грунтовых вод до дна совершенного по степени вскрытия водоносного слоя котлована;

в случае слоистого строения толщи радиальные скважины могут быть установлены на требуемом уровне;

допускают использование экономичных центробежных насосов с горизонтальным валом;

фильтры горизонтальных скважин, независимо от степени снижения уровня грунтовых вод и его сезонных колебаний, всегда затоплены, работают всей своей длиной, обладая высокой водозахватной способностью.

Центральный ствол сооружается одним из обычных способов, применяемых при строительстве шахт и колодцев.

Число лучевых гнезд в стенке колодца должно быть в 1,5 — 2 раза больше расчетного числа лучей (на случай замены или устройства дополнительных горизонтальных скважин в целях увеличения эффекта водопонижения).

При резкой неоднородности слоев на участке закладки лучевого водозабора направление, число и длина отдельных лучей должны отвечать требованиям рационального решения поставленной задачи водопонижения. При этом возможно наклонное направление лучевых скважин (восходящих и нисходящих).

При подборе фильтров лучевых скважин следует руководствоваться указаниями, относящимися к фильтрам вертикальных скважин, и дополнительно учитывать особенности применяемого способа проходки.

Выбор основных параметров лучевых водозаборов осуществляется на основе соответствующих расчетов.

4.36. В подземных выработках самоизливающиеся скважины (рис. 37) применяются любого наклона и используются в зависимости от необходимости для водопонижения во всех слоях, окружающих выработки. Эти скважины бурятся специальными станками непосредственно из подземных выработок. Скважины могут применяться как в скальных, так и в нескальных грунтах. Неглубокие самоизливающиеся скважины в нескальных грунтах можно выполнять путем забивки или вдавливания фильтровой колонны в потолок, стенки или дно горной выработки (забивные фильтры).

Рис. 37. Восстающая скважина

1 — шарошечное долото; 2 — переходник с обратным клапаном; 3 — фильтр; 4 — оголовок скважины с выпускной задвижкой; 5 — кондуктор; 6 — водоносный слой; 7 — скальная порода

4.37. Водопоглощающие скважины имеют ограниченное применение в водопонижении, поскольку для их эффективной работы нужно соблюдение ряда условий, которые редко сочетаются одновременно:

скважины должны располагаться в тех районах, где верхний водоносный слой хорошо отдает воду и имеет достаточную толщину ниже той отметки, до которой требуется понизить уровень грунтовых вод;

скважины должны располагаться на тех участках, где нижележащие грунты способны хорошо принимать воду (обладают достаточно высокой поглощающей способностью).

При соблюдении этих условий необходимо правильно подобрать фильтры для верхнего водоносного пласта и поглощающих грунтов с учетом разных сопротивлений на входе воды в скважину и на выходе из нее и обычно небольших градиентов напора грунтовых вод, поступающих в скважину.

4.38. Сквозные фильтры получили свое название от того, что прорезают как бы насквозь все водоносные слои, залегающие между поверхностью и горизонтом подземных выработок, и сбрасывают в них воду (рис. 38). Они распространены преимущественно в горнодобывающей промышленности, но не исключено их применение и на других объектах, когда возможно и оправдано устройство подземных выработок (тоннелей, галерей, штолен, штреков).

Рис. 38. Сквозной фильтр

1 — перфорированная труба ограждения; 2 — надфильтровые трубы; 3 — местный песчаный грунт; 4 — песчано-гравийная обсыпка; 5 — фильтровые звенья; 6 — переходная муфта; 7 — задвижка

Скважины для сквозных фильтров бурятся с поверхности земли или с берм станками вращательного или ударно-канатного бурения до подошвы выработки, с которой они сбиваются. Конечный диаметр бурения должен назначаться с учетом необходимости размещения в скважине прибора для определения координат ее забоя.

Сквозные фильтры оборудуются фильтровыми звеньями во всех водоносных слоях, которые они прорезают. При небольшой толщине водоносных слоев они полностью перекрываются фильтрами, при большой — фильтры устанавливаются в нижней части водоносного горизонта по расчету. Водонепроницаемые породы перекрываются глухими трубами.

В своей нижней части сквозные фильтры оборудуются выпусками с задвижками.

Вода, сбрасываемая сквозными фильтрами в подземные выработки, отводится по ним к водосборникам у центральной подземной насосной станции (рис. 39), с помощью которой откачивается на поверхность.

Рис. 39. Система водопонижения со сквозными фильтрами

1 — сквозные фильтры; 2 — подземные выработки; 3 — шахтный ствол и подземная насосная станция с водосборниками

4.39. Для водопонизительных скважин всех видов необходимо выполнение ряда условий, обеспечивающих их устойчивую работу во времени. Это особенно важно для длительно работающих водопонизительных скважин. К таким условиям относятся:

а) применение способов бурения, исключающих кольматацию фильтров при бурении (вращательно-всасывающее, ударно-канатное), а в случаях, когда в соответствии с проектом допущена прямая промывка глинистым раствором, — выполнение эффективной разглинизации;

б) применение гравийных фильтров с обсыпкой (одно- или двухслойной) правильно подобранной по гранулометрическому составу для конкретного водовмещающего грунта;

в) применение гравийной обсыпки достаточной толщины (не менее 100 мм с каждой стороны) — большая толщина обсыпки увеличивает дебит и устойчивость работы скважины;

г) постепенный ввод в действие каждой скважины путем медленного увеличения интенсивности откачки до полного осветления откачиваемой воды;

д) выполнение антикоррозионных покрытий труб и фильтровых каркасов (или выполнение их из нержавеющих материалов), что препятствует зарастанию фильтров.

Следует также учитывать, что бурение, погружение обсадных колонн, установка фильтров, опытные откачки и пуск в действие всех видов водопонизительных скважин являются скрытыми работами, притом такого характера, что исправление допущенных ошибок в большинстве случаев либо чрезвычайно затруднительно, либо оказывается вообще невозможным и влечет за собой значительные затраты. Поэтому при устройстве водопонизительных скважин требуется особая тщательность исполнения работ и соответствующий надзор за ними. По каждой скважине должны своевременно составляться акты на скрытые работы. При этом особое внимание следует уделять выполнению вышеперечисленных условий, обеспечивающих устойчивую работу скважин во времени.

4.40. В процессе содержания водопонизительных скважин необходимо периодическое выполнение специальных работ против зарастания фильтров, для чего в различных случаях целесообразно применять:

а) очистку фильтров изнутри механическими способами: скребками, ершами, желонками, свабированием;

б) очистку гидравлическими методами — прокачка эрлифтом, промывка гидробуром, обратная прокачка;

в) очистку химическими способами для растворения осадка — соляной кислотой, полифосфатами и др.;

г) очистку электрогидроударным и пневмоударным способами и с помощью ультразвуковой обработки скважин с эрлифтными откачками;

д) в отдельных случаях возможна замена фильтровой колонны в скважине.

Как правило, эффективность того или иного способа определяют в натуре. Приступать к работам по борьбе со снижением дебитов необходимо сразу же после получения сведений о начале зарастания фильтров, но не позже чем через год после начала работы скважин.

4.41 (4.9). Материалы инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий для водопонизительных работ должны содержать:

общие данные о природных условиях района с описанием местоположения и рельефа площадки, имеющихся вблизи нее открытых водоемов и водотоков;

характеристику инженерно-геологического строения и физико-механических свойств грунтов, водоносных слоев, источников и областей их питания, взаимосвязи между ними, естественного дренажа грунтовых вод, их химического состава и температур;

коэффициенты фильтрации, пьезопроводности, уровнепроводности и водоотдачи грунтов, определенные с помощью опытных откачек, а для электроосмотического водопонижения — дополнительно коэффициент электроосмоса и омическое сопротивление грунтов;

карты распространения водоносных слоев с показанием рельефа их кровли и подошвы, а также гидроизогипс или гидроизопьез;

геологические разрезы и профили на участке работ и при необходимости в пределах распространения водоносных слоев до областей питания и дренажа на глубину до основного водоупорного пласта.

4.42. Исходные данные о природных условиях района водопонизительных работ должны быть получены в процессе общих изысканий по изучению строительной площадки. Поэтому в программах инженерно-геологических изысканий на территориях, отведенных для целей строительства, следует предусматривать соответствующие специальные гидрогеологические исследования, позволяющие получить данные, необходимые для проектирования строительного водопонижения. Характер, состав и объем таких исследований определяются в соответствии с требованиями главы СНиП на основные положения по инженерным изысканиям для строительства и с учетом характера проектируемого строительства и имеющихся сведений об изучаемой площадке.

Независимо от того, в две или в одну стадию выполняется проект, подробное освещение природных условий должно ему предшествовать в полной мере. Следовательно, все вышеуказанные данные должны быть получены перед началом проектирования, иначе проект не будет полноценным и определенные в нем затраты не будут действительно необходимыми и достаточными.

Сведения и нормируемые величины по климату и гидрогеологии районов СССР приведены в главе СНиП по строительной климатологии и геофизике и дублировать их в отчетах по изысканиям нет надобности. В программах изысканий должны предусматриваться и в отчетах освещаться лишь такие работы в этой области, какие направлены на получение данных, сведения по которым, приведенные в главе по строительной климатологии и геофизике недостаточны для проектирования в конкретных условиях определенной площадки. Особенно существенное значение имеют данные, характеризующие атмосферные осадки и поверхностный сток, а также гидрогеологические характеристики открытых водоемов и водотоков в районе водопонизительных работ.

Водоемы и водотоки, которые до начала водопонижения могли служить естественным дренажем грунтовых вод, при снижении их уровня часто становятся областью питания и ограничивают распространение депрессии. В то же время при производстве водопонизительных работ они могут служить местом сброса откачиваемых вод (если это не противоречит санитарным требованиям), или наоборот, должны быть предохранены от использования их для сброса грунтовых вод. Все эти возможности должны быть изучены при изысканиях и освещены в отчете.

Рельеф территории должен быть освещен более подробно в пределах водопонизительной системы и до мест сброса воды и в несколько меньшей степени в остальной части в пределах ожидаемого развития депрессионной воронки.

При определении характера и объема инженерно-геологических работ и составлении инженерно-геологической характеристики района водопонизительных работ необходимо учитывать, что при проектировании водопонижения кроме специфических фильтрационных задач возникают и такие вопросы, как, например, о деформациях грунтов в связи с понижением уровня воды в них, о предотвращении суффозии грунтов, о выборе методов устройства водопонизительных скважин. Поэтому инженерно-геологическая характеристика грунтовой толщи должна быть достаточно подробной, и физико-механические свойства пород должны быть освещены примерно так же, как и для решения вопросов об основаниях и фундаментах сооружений. Подробная и достаточно четкая инженерно-геологическая характеристика должна послужить основой для гидрогеологического изучения площадки.

Если на площадке предполагается применение электроосушения, то при инженерном геологическом изучении площадки должны быть учтены некоторые специфические требования, заключающиеся в следующем:

а) должны быть отобраны через 0,5 м по глубине пробы грунтов весом 2 — 5 кг и испытаны на электроосушение;

б) должны быть произведены полевые и лабораторные определения удельного электрического сопротивления грунта.

Возможность и эффективность электроосушения грунтов устанавливается в лабораторных условиях, где подбираются оптимальные параметры электрического тока, расход электроэнергии и продолжительность работ.

К отчетам по изысканиям должны быть приложены результаты испытаний грунта на электроосушение.

4.43. Гидрогеологическое изучение должно охватить достаточное пространство: по глубине необходимо осветить все водоносные слои, которые могут быть вовлечены в динамику водопонизительной системы; по площади — область предельного развития депрессионной воронки. Если на разведываемой площадке не ожидается понижения уровня грунтовых вод более чем на 5 м, то изучение гидрогеологических условий может быть ограничено в пределах 200 — 300 м от площадки. При необходимости больших понижений в программах изысканий необходимо исходить из прогноза ожидаемого развития депрессии уровней грунтовых вод.

Данные об областях и источниках питания и о естественном дренаже грунтовых вод всех водоносных слоев и взаимосвязи между ними необходимы для определения расчетных схем водопонизительных систем. От того, в какой мере ясными и точными будут эти сведения, во многом зависит выбор эффективного решения водопонизительной системы и возможность избежать излишних затрат. Для полноценного освещения этих вопросов необходимо использовать имеющиеся литературные и фондовые материалы по гидрогеологии района и данные инженерно-геологических работ. Кроме этого, следует выполнять опытные откачки и в необходимых случаях проводить режимные наблюдения.

Достоверное определение фильтрационых характеристик водоносных пластов может быть достигнуто только путем обработки данных наблюдений при производстве водоотлива из грунта. Поэтому опытные откачки должны быть неотъемлемой и обязательной частью гидрогеологических исследований.

При гидрогеологических исследованиях следует учитывать принимаемую для проекта схематизацию природных условий в соответствии с указаниями п. 4.51.

4.44. Степень подробности и объем графического материала, прилагаемого к отчетам по изысканиям, зависит от сложности природных условий площадки. В простых случаях вышеприведенный перечень может быть сокращен, а в сложных — дополнен. Во всех случаях перечень графических приложений устанавливается по согласованию между изыскательской и проектной организациями.

Изыскательская организация в период изысканий должна поддерживать связь с проектирующей организацией. Последняя должна выполнять кураторские обязанности и обеспечить оперативные согласования различных вопросов, возникающих при изысканиях.

При производстве изысканий кроме главы СНиП на основные положения по инженерным изысканиям для строительства и настоящего Руководства следует пользоваться Пособием по инженерным изысканиям для строительства (в развитие главы СНиП на основные положения по инженерным изысканиям для строительства).

4.45 (4.10). Проектные решения по водопонижению должны содержать:

описание исходных данных по природным условиям и согласованным местам сброса откачиваемых грунтовых вод;

характеристику возводимых и существующих на участке сооружений, а также методов и сроков строительных работ «нулевого цикла»;

обоснование принятых способов водопонижения, общее решение водопонизительной системы, изложение результатов расчетов водопонижения, чертежи водопонизительных и водоотводящих устройств и решения о методах их сооружения и противокоррозионной защиты, спецификации необходимого оборудования, решения по энергоснабжению, объемы и продолжительность выполнения работ; при электроосушении — указания об источнике, рабочем напряжении и силе постоянного электрического тока, подаваемого к электродам;

размещение наблюдательных скважин и пьезометров, а также указания по наблюдению за снижением уровня грунтовых вод.

4.46. Проект строительного водопонижения должен составляться генеральной проектной организацией, которая при необходимости может передать его составление специализированной организации.

В этом проекте должны быть представлены все перечисленные в п. 4.45 проектные материалы и решения, обосновывающие смету и дающие полную возможность приступить к производству работ и нормально вести их.

В пояснительной записке к проекту приводится краткое описание общих сведений, инженерно-геологических и гидрогеологических условий площадки по материалам изысканий с освещением всех исходных гидрогеологических параметров, принятых за основу в проекте водопонижения, и приложением графических материалов в объеме и составе, достаточном для ясного понимания строителями природной обстановки.

Важное значение имеет установление мест сброса откачиваемых вод. Оно относится к обязанности основного заказчика и генеральной проектной организации. При рассмотрении этого вопроса в первую очередь необходимо прежде всего решить, возможно ли непосредственное использование откачиваемой воды для бытовых, хозяйственных или технических целей. Если это невозможно, то рассматривается вопрос о сбросе откачиваемой воды в канализационную сеть. Если воду, откачиваемую при водопонижении, по производственным условиям приходится отводить в открытые водостоки, овраги, речки, водоемы, в другие пониженные места на поверхности земли, то заказчик должен согласовать места сброса с санэпидстанцией. К проекту должны быть приложены копии материалов согласования по этому вопросу.

При изложении в пояснительной записке характеристики существующих и возводимых сооружений и работ нулевого цикла необходимо отразить результаты рассмотрения влияния проектируемого водопонижения на сохранность сооружений и их оснований и взаимоувязки земляных, общестроительных и водопонизительных работ.

В обосновании принятых способов водопонижения должны быть изложены рассмотренные варианты, результаты их технико-экономического сравнения и приведены достаточно убедительные доводы в пользу принятого решения.

Общее решение водопонизительной системы и ее развития должно получить отражение как в пояснительной записке, так и на чертежах. Оно должно содержать: конкретизацию задач строительного водопонижения по этапам строительства; выбор, состав, размещение, порядок ввода в действие необходимых устройств и средств; характер, состав, объемы и порядок выполнения водопонизительных работ.

В пояснительной записке приводится описание принятого общего решения водопонизительной системы, а на чертежах даются планы и разрезы, на которых показываются все устройства, используемые для водопонижения, разрабатываемые под его защитой котлованы и возводимые сооружения. На этих же чертежах приводятся общие указания по производству работ; ведомости оборудования, необходимых материальных и энергетических ресурсов, объемы основных работ. На разрезах должно быть показано ожидаемое развитие понижения уровней грунтовых вод.

Кроме этого, при длительной продолжительности водопонизительных работ должны выдаваться чертежи с показанием развития системы водопонижения по этапам строительства. На этих чертежах показывается та часть устройств системы водопонижения, которая должна действовать на конец соответствующего этапа. Здесь же приводятся указания по производству работ, их объемы и график выполнения на данном этапе.

Методы и результаты расчетов водопонижения излагаются в пояснительной записке, а на чертежах этапов развития (или, если работы выполняются в один этап, на общих чертежах) системы водопонижения приводятся размеры ожидаемых притоков и понижений уровней грунтовых вод.

Чертежи водопонизительных и водоотводящих устройств включают:

строительные чертежи конструкций и сооружений, в том числе водопонизительных и наблюдательных скважин с противокоррозионной защитой их, помещений для насосных станций, водоприемников, водоотводов и др.;

чертежи на механическое, сантехническое и энергетическое оборудование водопонизительных насосных станций, установок и устройств; характеристики требуемого оборудования; чертежи трубопроводов.

Решения о методах сооружения водопонизительных и водоотводящих устройств, объемы и продолжительность работ (календарный план), а также потребность в энергетических, материальных и людских ресурсах даются в объеме проекта организации строительства в соответствии с Инструкцией о порядке составления и утверждения проектов организации строительства и проектов производства работ.

Спецификации необходимого оборудования составляются в соответствии с указаниями действующей Инструкции по составлению проектов и смет с учетом требований заказчика.

Решения по энергоснабжению определяются заданием генпроектировщика или основного заказчика проекта. В проекте водопонижения должны быть даны внутренние электросети и электрооборудование, начиная с низкой стороны трансформаторной подстанции.

Технологическая часть проекта водопонижения кроме строительно-монтажных работ по созданию системы водопонижения должна охватывать содержание и ремонт сооружений и устройств, содержание и ремонт оборудования, водоотлив, инженерно-гидрогеологические наблюдения за развитием водопонижения и работой водопонизительных устройств.

Наблюдательные скважины следует располагать так, чтобы можно было установить достижение требуемого эффекта водопонижения и получить данные, с помощью которых можно было бы проверить соответствие результатов водопонизительных работ с произведенным при проектировании расчетом и при необходимости уточнить его и внести коррективы в проект. Исходя из этого наблюдательные скважины должны размещаться во всех расчетных точках, где требуемое понижение уровня грунтовых вод принималось в качестве исходной величины или определялось расчетом, а также вне водопонизительной системы по лучам, исходящим из ее центра в направлениях, по которым ожидается неодинаковое развитие депрессии и в особых точках, где по тем или иным причинам (например, из-за больших потерь промышленных вод) возможны аномалии.

Наблюдениями должны быть охвачены все водоносные слои, вовлеченные в динамику водопонижения, и наблюдательные скважины должны предусматриваться в каждом из них.

В пояснительной записке к проекту должны быть даны соответствующие указания и разъяснения по ведению наблюдений и использованию их результатов.

В проектах небольших водопонизительных работ, например, водопонижения с помощью иглофильтров при разработке небольших котлованов и траншей, объем проектных материалов должен быть сокращенным; изложение всех пояснений и указаний возможно приводить на чертежах, не выдавая отдельных пояснительных записок и ограничиваться при этом лишь ссылкой на исходные данные без их освещения.

4.47. Если принимается двухстадийное проектирование, то на стадии рабочих чертежей по водопонижению выдаются лишь уточненные схемы этапов работ и рабочие чертежи водопонизительных и водоотводящих устройств, наблюдательных скважин и пьезометров.

Строительная организация в развитие проекта строительного водопонижения составляет для его выполнения проект производства строительно-монтажных работ.

4.48 (4.11). В проектах водопонижения, рассчитанного на длительную продолжительность, должно предусматриваться поэтапное выполнение работ с постепенным вводом в действие водопонизительных устройств.

В сложных условиях, когда по материалам изысканий не представляется возможным произвести достаточно обоснованные расчеты водопонижения или окончательно выбрать водопонизительную систему и водопонизительные устройства, в проекте следует предусматривать опытно-производственные работы, результаты которых используются для внесения коррективов в проект.

4.49. Темпы развития водопонижения должны соответствовать темпам общестроительных работ по подземному комплексу, для которого оно (водопонижение) предназначено. Отставание водопонижения вызовет задержку строительства, что недопустимо. Но не следует допускать и значительного опережения водопонижения по отношению к общему ходу подземного строительства, так как это неизбежно приводит к повышенным расходам. Например, если уровень грунтовых вод понижен намного ниже дна котлована, то затраты на водоотлив будут больше необходимых. Не следует преждевременно подготавливать водопонизительные скважины и другие устройства, так как при этом сокращается продолжительность их службы и снижается общий к.п.д. системы. Поэтапное выполнение водопонизительных работ позволяет свести затраты по водопонижению к минимуму. Кроме этого, уже в самом начале — при бурении водопонизительных и наблюдательных скважин, а затем при откачке воды и при вскрытии котлованов возможно встретить отклонения от проектных предложений и принятых в качестве исходных материалов и данных, характеризующих природные условия площадки. Возможны также изменения в порядке и методах строительства. Обо всех таких отклонениях и изменениях следует незамедлительно ставить в известность авторскую проектную организацию, с участием которой принимаются соответствующие решения по дальнейшему ведению водопонизительных работ. При поэтапном выполнении водопонижения представляется возможным по данным каждого предыдущего этапа уточнять проектные решения следующих этапов и таким образом достичь высокой эффективности затрат.

В сложных гидрогеологических условиях определение фильтрационных характеристик грунтов и получение необходимых данных по условиям питания, дренажа и распространения водоносных слоев часто вызывает серьезные затруднения. Иногда необходимые данные могут быть получены лишь в результате проведения крупных опытных работ, по существу, производственного масштаба. Проведение таких работ не всегда под силу изыскательским организациям, кроме того, для их проведения требуются значительные затраты времени и средств.

В подобных случаях, когда ожидающиеся уточнения имеющихся данных не должны отразиться на выборе принципиальных решений, а могут привести лишь к небольшим изменениям в проекте, несущественно влияющим на общую стоимость работ, целесообразно, составляя проект водопонижения на весь период строительства, четко выделять первоочередные работы, в задачи которых должно входить наряду с достижением необходимого водопонижения получение определенных дополнительных исходных материалов.

Если же недостаточность данных столь значительна, что не позволяет уверенно принимать принципиальные решения по водопонижению на длительный период строительства и с допустимым приближением определять предстоящие затраты по этому виду работ, то следует ограничиваться составлением лишь проекта первоочередного опытно-производственного водопонижения, достаточного для определенного этапа строительства. В состав этого проекта должны быть включены также необходимые исследования для получения всех необходимых исходных данных, позволяющих составить окончательный проект водопонижения на весь период строительства. В таких случаях при утверждении общего проекта строительства может рассматриваться стоимость только первоначального водопонижения и, соответственно, должно быть отмечено, что полные необходимые затраты по этому виду работ устанавливаются и подлежат дополнительному утверждению после проведения первоочередных опытно-производственных работ.

4.50 (4.12). Расчетами системы водопонижения должны определяться:

а) понижение уровней грунтовых вод в расчетных точках, в том числе и в водопонизительных устройствах на различных этапах строительства;

б) притоки к водопонизительным устройствам и ко всей водопонизительной системе по этапам ее развития;

в) производительность, пропускная способность, размеры, число, размещение и другие параметры водопонизительных, водосборных и водоотводящих устройств.

В необходимых случаях расчетами определяется также время достижения требуемого понижения уровня грунтовых вод.

4.51. Для расчетов водопонизительной системы необходимо прежде всего выбрать расчетные схемы. Они составляются исходя из конкретизации задач строительного водопонижения по этапам работ и на основании схематизации природных условий и водопонизительной системы.

Конкретизация задач строительного водопонижения заключается в том, что для каждого участка и определенных этапов строительства подземных сооружений устанавливаются горизонты строительных работ (дна котлована, ножа опускного колодца, подошвы горных выработок и т.п.) и территориальное их развитие. Это определяет территории и отметки необходимых обеспеченных понижений уровней грунтовых вод.

Требуемые отметки строительного водопонижения в связи с возможными их колебаниями должны быть, как правило, более низкими чем необходимые обеспеченные отметки. Они определяются для характерных фиксированных точек на участках подземного строительства.

Природные условия схематизируются совместно проектной и изыскательской организациями, так как методики расчетов и изысканий должны находиться в соответствии друг с другом. Предварительная схема составляется при определении программы изысканий. Затем схематизация уточняется в процессе изысканий по данным инженерно-геологических работ и при проектировании — одновременно со схематизацией выбранной водопонизительной системы.

При схематизации природных условий толща грунтов разбивается на условно однородные водоносные и водоупорные или условно водоупорные слои. Принятая схема грунтового строения кладется в основу расчетов при проектировании и соответственно должны определяться фильтрационные характеристики и толщины водоносных слоев при изысканиях.

Например, когда какая-то часть грунтовой толщи сложена часто переслаивающимися тонкими прослойками песков и суглинков, то эта часть толщи может быть принята за условно однородный водоносный слой и для нее должны быть определены осредненные фильтрационные характеристики — коэффициент фильтрации, пьезопроводности (или уровнепроводности), водоотдача и толщина, которые затем используются в расчетах при проектировании. В некоторых сложных случаях трудно установить среднюю толщину водоносного слоя, тогда в расчетах водопонижения может быть использована величина km — водопроводимость, она же должна определяться при изысканиях; если для водоносных толщ, сложенных грунтами с коэффициентами фильтрации, отличающимися более чем в 10 раз друг от друга, принято вести расчет как для двух- или трехслойной среды, то и коэффициенты фильтраций должны определяться для каждого слоя по данным раздельных откачек, с учетом перетекания воды из одного слоя в другой и т.п.

Определение фильтрационных характеристик по данным опытных откачек при изысканиях должно производиться исходя из тех же расчетных формул, которые принимаются для расчетов водопонижения в проекте.

Принятие какого-нибудь слоя за условно однородный и определение для него осредненных характеристик не исключает выделения в нем участков с выраженными повышенными или пониженными фильтрационными свойствами. Это необходимо при компоновке водопонизительной системы и, соответственно, при изысканиях должно быть освещено с помощью местных и послойных откачек из аналогичных скважин с определениями удельных дебитов, а также по возможности и по данным кустовых откачек.

Далее необходимо схематизировать границы и условия питания водоносных слоев.

Водоносный слой может быть принят полностью или частично неограниченным, ограниченным контуром питания, ограниченным водонепроницаемым контуром.

Питание водоносных слоев может приниматься за счет притока из водоема или водотока, инфильтрации атмосферных осадков, перетекания из одного водоносного слоя в другой.

Конкретные решения по схематизации природных условий должны приниматься индивидуально для каждой площадки. При этом расчетная схема должна отражать действительные условия строения толщи водоносных слоев и условия их питания.

Водопонизительные системы схематизируются по этапам работ и при этом приводятся преимущественно к схемам круга или прямой линии.

В соответствии с выбранными схемами производят расчеты притоков по этапам работ для установившегося и неустановившегося режимов фильтрации.

4.52. Установившийся режим фильтрационного потока, характеризующийся неизменяющимися во времени притоком и депрессионной поверхностью, наступает тогда, когда откачка грунтовых вод уравновешивается их питанием. Часто основное время эксплуатации водопонизительных систем протекает при установившемся режиме фильтрации грунтовых вод, и водопонизительные работы в этот период определяют значительную часть общих затрат на водопонижение.

Во многих случаях результаты расчетов по установившемуся режиму определяют выбор основных средств для строительного водопонижения и их параметров: водопонизительных скважин, насосного оборудования, трубопроводов и др. Например, при высоких фильтрационных свойствах грунтов, сравнительно близкой области питания водоносных слоев и поэтапном ведении работ уровни грунтовых вод на каждом этапе устанавливаются очень быстро, и все расчеты в таких случаях можно вести по установившемуся режиму.

С расчетов по установившемуся режиму обычно следует начинать расчет водопонизительной системы длительного действия. Подобранные исходя из требований установившегося режима оборудование и другие средства будут основными, их число и параметры будут служить также для контроля расчетов начального периода работ, необходимые дополнительные средства для которого должны быть сведены к возможному минимуму.

4.53. Неустановившийся режим фильтрации имеет место и в начальный период водопонижения при формировании депрессионной воронки. В этот период откачка должна превосходить приток грунтовых вод из области питания, так как для развития водопонижения необходима еще сработка статических запасов воды, заключенной в порах грунтов в пределах депрессионной воронки. Однако интенсивность откачки до момента достижения требуемых понижений может быть как переменной, так и постоянной. Преимущество по мотивам удобств эксплуатации водопонизительных систем должно быть отдано режиму с постоянной интенсивностью откачки на протяжении определенного этапа работ. Следует учитывать, что в слабопроницаемых грунтах неустановившийся режим более продолжителен, чем в хорошо проницаемых.

При продолжительном водопонижении неустановившийся режим может наступить и после достижения установившегося режима: при изменении интенсивности откачки или условий питания грунтовых вод.

Расчеты по неустановившемуся режиму выполняются для случаев:

а) сравнительно кратковременных водопонизительных работ;

б) первоначального периода работы водопонизительных систем, рассчитанных на длительную продолжительность, при неотдаленной области питания;

в) более длительного периода работы водопонизительных систем при отдаленной области питания;

г) поддержания проектных уровней при изменении условий питания (например, в паводок).

Наряду с определением притоков при неустановившемся режиме в случае необходимости определяется и время достижения требуемых понижений в фиксированных точках по этапам работ.

4.54. Кроме понижений в фиксированных точках, определяющих общую задачу строительного водопонижения, должны быть определены уровни грунтовых вод в скважинах и в других расчетных точках так, чтобы по результатам этих расчетов можно было построить депрессионные поверхности, которые наносятся на проектные разрезы.

Производительность, пропускная способность, размеры, число, размещение и другие параметры водопонизительных, водосборных и водоотводящих устройств рассчитываются по принятым этапам работ, в соответствии с определенными размерами притоков грунтовых вод.

4.55 Общий порядок расчета водопонизительной системы или ее какой-нибудь части следующий:

а) определяется требуемое понижение уровня грунтовых вод под дном котлована (или в других фиксированных точках, в зависимости от постановки задачи водопонижения);

б) производится расчет притока к водопонизительной системе;

в) исходя из общего притока задаются числом скважин (или других водопонизительных устройств), с учетом их ожидаемой эффективности, имеющегося насосного оборудования и т.п., и определяют требуемую производительность скважин (устройств);

г) определяют понижения уровня грунтовых вод в скважинах и высоту столба у наружной поверхности фильтров с учетом высоты высачивания в них;

д) определяют диаметр, длину фильтра и глубину скважины (или соответствующие параметры других водопонизительных устройств);

е) определяют ординаты депрессионных поверхностей, задаваясь расчетными точками так, чтобы достаточно полно осветить развитие водопонижения на территории строительства, у соседних сооружений, в районе водозаборных сооружений и в точках, выбранных для последующих наблюдений при производстве работ;

ж) рассчитывают водоотводящие устройства.

На некоторых этапах не все эти расчеты требуется производить, например нельзя менять глубину водопонизительных скважин по этапам работ. Глубина скважины должна определяться по наихудшему периоду ее действия — при максимальных понижениях и притоках, то же относится к водоотводящим устройствам. Допустимо также и несколько видоизменять последовательность отдельных расчетов, но необходимо иметь в виду их взаимосвязь, благодаря чему по результатам последующих расчетов может потребоваться внесение коррективов в предыдущие расчеты — по принципу последовательных приближений;

з) производится окончательный подбор оборудования для водопонизительных работ.

4.56 (4.13). Расчеты водопонижения следует выполнять исходя из линейного закона фильтрации:

v = ki. (5)

Уравнения притока грунтовых вод при установившемся режиме фильтрации и совершенной водопонизительной системе (скважинах, доходящих до водоупора) имеют вид:

для плоского потока

[6 (2)]

для радиального потока

[7 (3)]

где v — скорость фильтрации, м/сут;

k — коэффициент фильтрации, м/сут;

i — гидравлический градиент;

Q — приток, м3/сут;

m — толщина водоносного слоя при напорной фильтрации или средняя толщина потока, равная при безнапорной фильтрации, м;

H — напор грунтовых вод, м;

y — напор в расчетной точке, м;

l — длина расчетного участка линейной водопонизительной системы, м;

x — расстояние от оси линейной или от центра контурной водопонизительной системы до расчетной точки, м;

R — радиус депрессии (зоны влияния), величина которого определяется на основе данных об источниках и условиях питания водоносных слоев, а в случаях наличия в районе работ водоема принимается при плоском потоке равной расстоянию, а при радиальном потоке удвоенному расстоянию от центра водопонизительной системы до водоема.

4.57. Линейный закон фильтрации [формула (5)], широко известный как закон Дарси, отражает приближенную зависимость между скоростью фильтрации, выраженной в виде удельного расхода на единицу площади сплошного сечения грунтового потока, и потерей напора на единице длины пути фильтрации.

Этот закон хорошо соблюдается в мелких песках. В крупных песках, в гравелистых, галечниковых и трещиноватых скальных грунтах возможны отклонения от него. Отклонения от закона Дарси особенно наблюдаются вблизи водопонизительных скважин в различных грунтах.

При выводе формул [6 (2)] и [7 (3)] сделаны дополнительные допущения, в частности, принято, что грунт однородный во всех направлениях и гидравлические градиенты — постоянные по вертикали, равные уклону депрессионной поверхности, т.е. линии равных напоров фильтрационного потока принимаются вертикальными, а линии токов — горизонтальными.

Тем не менее для решения практических задач все эти формулы приемлемы во всех грунтах, в которых обычно используется строительное водопонижение.

В грунтах, отличающихся очень высокой водопроводимостью, как, например, некоторые крупнообломочные и сильно трещиноватые скальные грунты, следует стремиться применять противофильтрационные завесы: инъекционные, траншейные (барражи) и др. Если все же возникает необходимость и в таких грунтах применять методы искусственного понижения уровня грунтовых вод, то в этих случаях определение притока и необходимых средств должно производиться по опытным данным и уточняться в процессе работ.

Расчет притока к длинным линейным водопонизительным системам и устройствам производится по формуле [6 (2)], к контурным и коротким линейным системам и устройствам — по формуле [7 (3)]. Значения величин, входящих в формулы [6 (2)] и [7 (3)], берутся по данным изысканий и в соответствии с выбранными расчетными схемами, при этом принимается (см. рис. 40, 41):

H — высота от подошвы водоносного слоя до уровня грунтовых вод в области питания;

y — высота от подошвы водоносного слоя до пониженного уровня в расчетной фиксированной точке (например, под дном котлована):

y = H — S; (8)

S — требуемое понижение в расчетной фиксированной точке — определяется с соблюдением требований пп. 4.60 и 4.61);

x — при расположении расчетной фиксированной точки вне водопонизительной системы (см. рис. 40) — по п. 4.56, при расположении расчетной фиксированной точки в центре водопонизительной системы x = A и определяется по п. 4.58;

R — для длинных линейных водопонизительных систем и устройств — расстояние от оси системы (устройства) до границы области питания:

R = Lр, (9)

для контурных и коротких линейных водопонизительных систем R определяется по формулам табл. 11, а в случаях, отвечающих условиям пп. 4.58 и 4.59 — по формулам [13 (4)] и [14 (5)].

Рис. 40. Расчетная схема линейной водопонизительной системы

Рис. 41. Расчетная схема контурной водопонизительной системы

Таблица 11

При питании из водоемов, расположенных на значительном расстоянии от места работ, Lр - расстояние от центра системы до уреза воды.

При питании грунтовых вод из близко к водопонизительной системе расположенного водоема, не прорезающего полностью водоносный слой, , при этом:

при однородном строении дна водоема

(10)

при

(11)

при двухслойном строении и менее проницаемом верхнем слое

(12)

где m и k - толщина и коэффициент фильтрации основного расчетного водоносного слоя у контура питания;

m₁ и k₁ - толщина и коэффициент фильтрации верхнего слабопроницаемого слоя у контура питания;

b - половина ширины водоема, м;

l - проекция смоченной части берегового откоса на горизонталь, м;

hв - глубина воды в водоеме, м.

При двустороннем притоке к длинным линейным водопонизительным системам (устройствам) величину Q рассчитывают с двух сторон (в зависимости от расстояния до контура питания с каждой стороны) и суммируют - формула [6 (2)] дана для одностороннего притока.

4.58 (4.14). При отсутствии данных об источниках и условиях питания водоносных горизонтов величину радиуса депрессии допускается определять расчетом по формулам:

при безнапорной фильтрации

[13 (4)]

при напорной фильтрации

[14 (5)]

где A - приведенный радиус водопонизительной системы, м, принимаемый для контурных водопонизительных систем с соотношением ее сторон менее 10, равным - при соотношении ее сторон более 10 и для коротких линейных водопонизительных систем A = 0,25l, для длинных линейных водопонизительных систем A = 0;

F - площадь, оконтуренная водопонизительными устройствами, м2;

S - понижение уровня грунтовых вод в области водозабора (в котловане), отсчитываемое от первоначального уровня грунтовых вод, м.

4.59. Расчеты водопонижения с использованием формул [13 (4)] и [14 (5)] возможны как предварительные, а также и в качестве проектных при сравнительно непродолжительных и небольших понижениях уровня грунтовых вод (до 5 - 10 м) на хорошо изученной в других отношениях площадке (в частности, в отношении фильтрационных свойств грунтов) и при выдержанном водоносном слое.

Применение формул [13 (4)] и [14 (5)] при более глубоких и продолжительных искусственных понижениях уровней грунтовых вод может привести к увеличению затрат на строительное водопонижение, так как эти формулы дают несколько заниженные значения радиусов депрессии и, следовательно, приводят к некоторому завышению расчетных притоков.

Значения величин, входящих в формулы [13 (4)] и [14 (5)], принимаются:

H - высота от подстилающего водоносный слой водоупора до непониженного уровня грунтовых вод на площадке строительства;

S - требуемое понижение уровня грунтовых вод в центре водопонизительной системы;

A - по вышеприведенным формулам в соответствии с принятой схемой водопонизительной системы.

Для линейных водопонизительных систем или устройств следует исходить из того, что короткими считаются те из них, которые имеют длину, меньшую удвоенного расстояния от них до контура питания.

При сложном расположении скважин (или других водопонизительных устройств), когда затруднительно привести их к схемам круга или прямой линии, величину A можно определять по формуле

(15)

где n и - число скважин (устройств) и расстояния от них до фиксированной расчетной точки.

4.60 (4.15). В случаях глубокого залегания водоупора требуемая величина понижения уровня грунтовых вод ниже дна котлована должна определяться в зависимости от скорости восстановления уровня воды за время аварийных отключений насосов. В случаях высокого положения водоупора следует исходить из практически достижимой глубины водопонижения и применения дополнительных мероприятий для защиты котлована от притока грунтовых вод.

Требуемое снижение и величина допускаемого напора в напорном водоносном горизонте, залегающем ниже дна котлована, определяются из условия обеспечения устойчивости грунтов в основании и предотвращения прорывов воды в котлован.

4.61. Понижение уровня грунтовых вод, когда это необходимо по условиям строительства и возможно по гидрогеологическим условиям, должно быть на определенную глубину ниже дна котлована. Тогда бесперебойное ведение в нем работ насухо обеспечивается лучшим образом.

В таких случаях требуемая глубина понижения уровня грунтовых вод может быть определена по формуле

(16)

но с соблюдением условия

1,5h >= S >= h + e + 0,5, (17)

где h - глубина котлована от непониженного уровня грунтовых вод, м;

e - высота капиллярного поднятия грунтовых вод, м;

• коэффициент, определяемый: для контурных систем в зависимости от значений и параметра z1 по графикам рис. 43; для линейных систем в зависимости от значений и параметра z2 по графикам рис. 42;

для напорных условий:

(18а)

для безнапорных условий:

(18б)

где - коэффициент водоотдачи;

t - расчетное время аварийных перерывов откачки, сут;

a - коэффициент пьезопроводности (см. п. 4.63).

Рис. 42. График значений для линейных водопонизительных систем

Рис. 43. График значений для контурных водопонизительных систем

При определении коэффициента значение R следует принимать по формулам (13) и (14).

Для сравнительно короткого периода, когда возможно полностью исключить перебои в работе водопонизительных средств, t может приниматься равным нулю. Для длительного периода откачек величина t должна приниматься по согласованию со строительной организацией в зависимости от характера возможных последствий от подтопления котлована и в пределах, возможных в гидрогеологических условиях конкретной площадки, но не более 0,25 сут.

Когда затруднительно обеспечить достаточный запас понижения уровня грунтовых вод, в технологии строительных работ должны предусматриваться соответствующие мероприятия на случай аварийного подтопления котлована.

При высоком положении водоупора может оказаться вообще невозможным понижение уровня грунтовых вод ниже дна котлована. В таких случаях при определении притока за расчетное принимается понижение уровня грунтовых вод до водоупора и должны предусматриваться меры для сведения фильтрации в котлован к минимуму (например, специальный ряд или контур часто расположенных иглофильтров на небольшой высоте над водоупором, дренажи и др.). Если фильтрация в котлован в определенной мере допускается, она должна быть рассредоточена применением фильтрующих пригрузок или рыхлением грунта на откосах для исключения суффозии, а в котловане должен быть надлежаще организован открытый водоотлив с устройством канавок и водосборников. Иногда (в крупных котлованах и карьерах, а при небольших притоках и в малых котлованах) возможно за счет развития водосборников обеспечить некоторый резерв на случай аварийных отключений водоотливных средств. Тем не менее, при допущении притока в котлован требования в части исключения перебоев в работе водоотливных средств должны быть особенно строгими.

Величина снижения напора на водоупор, залегающий ниже дна широкого котлована или карьера, должна приниматься так, чтобы остаточный напор в подстилающем водоносном слое уравновешивался весом вышележащего грунта. При узких котлованах, траншеях, колодцах, шахтах требуемое понижение уровня напорных вод в случаях:

а) фильтрационно-неустойчивого относительно водоупорного разделяющего слоя принимается равной глубине понижения непосредственно под дном котлована;

б) водоупорного или фильтрационно-устойчивого относительно водоупорного разделяющего слоя определяется по формулам:

(19а)

(19б)

(19в)

(19г)

где H - бытовой напор над кровлей водоносного слоя, м;

P - давление, воспринимаемое разделяющим слоем, т/м2;

mр - расчетная толщина разделяющего слоя, м;

c - удельное сцепление грунтов разделяющего слоя, т/м2;

lр - расчетный пролет разделяющего слоя, м;

и mi - объемные веса и толщины слоев грунтов между кровлей слоя, содержащего напорные воды, и подошвой котлована, т/м3 и м;

и - объемный вес грунта и угол откоса над дном котлована;

b1 и b2 - ширина и длина котлована по дну (при , для круглых котлованов bпр равно радиусу котлована по дну).

Величины P и lр определяются из совместного решения уравнений (19б) и (19в).

Фильтрационно неустойчивыми считаются разделяющие водоносные слои с разными уровнями грунтовых вод относительно водоупорные грунты, фильтрация через которые может резко возрасти при увеличении напора на них. К таким следует отнести скальные, полускальные и глинистые грунты, содержащие значительные песчаные прослойки, имеющие выраженную трещиноватость с легко растворимым или суффозионно-неустойчивым заполнением и слои, для которых

где и kр - остаточный напор на подошву и коэффициент фильтрации разделяющего относительно водоупорного слоя.

Пример 1. Определить приток при установившемся режиме к контурной системе совершенных водопонизительных скважин при понижении уровня грунтовых вод и требуемом для производства строительных работ в расположенном вблизи реки котловане (рис. 44).

Рис. 44. Расчетная схема к примеру 1

1 - уровень грунтовых вод I водоносного слоя; 2 - уровень грунтовых вод II водоносного слоя; 3 - пониженный уровень грунтовых вод I водоносного слоя; 4 - пониженный уровень грунтовых вод II водоносного слоя

Исходные данные:

для реки - расстояние до котлована L1 = 400 м, l = 12 м, b = 12 м, hв = 4 м;

для водоема - расстояние до котлована L2 = 700 м, угол откоса ;

для I водоносного слоя - коэффициент фильтрации k1 = 10 м/сут, коэффициент водоотдачи , объемный вес , высота капиллярного поднятия грунтовых вод e = 0,3 м;

для II водоносного слоя - напор на кровлю H2 = 24 м, коэффициент фильтрации k2 = 20 м/сут, область питания находится на расстоянии R2 = 360 м;

для разделяющего слоя - толщина mр = 4 м, коэффициент фильтрации kр = 0,001 м/сут, сцепление cр = 0,4 кгс/м2, объемный вес грунта .

Максимальная продолжительность перерыва в работе водоотливных средств t = 0,25 сут.

Водопонизительные скважины располагаем на расстоянии 2 м от бровки котлована по прямоугольному контуру со сторонами 66 и 76 м.

Приведенный радиус системы определяем по п. 4.58:

Поправку к расстоянию до реки находим по формуле (10):

Поправку к расстоянию до водоема, прорезающего весь I водоносный слой, определяем по формуле

Радиус зоны влияния контурной системы для I водоносного слоя вычисляем по формуле схемы 2 табл. 11:

радиус влияния по формуле (13) составит

По графику рис. 43 при и находим .

Требуемое понижение уровня грунтовых вод I водоносного слоя по формуле (16): S1 = 1,05·12 + 0,3 = 12,9 м > 12 + 0,3 + 0,5 = 12,8 м.

Так как , требуемую величину понижения уровня грунтовых вод II водоносного слоя определяем по формулам (19):

при b1 = 12 м и b2 = 22 м по формуле (19г)

Решая совместно уравнения (19б) и (19в) при заложении откосов котлована 1:1,5 , находим lр = 12,42 м и P = 0,552 т/м2.

Требуемое понижение уровня грунтовых вод II водоносного слоя по формуле (19а) S2 = 24 - 0,55 - (1,8·6 + 2·4) = 4,65 м.

Приток грунтовых вод при установившемся режиме фильтрации определяем по формуле (7):

для I водоносного слоя при y = 18 - 12,9 = 5,1 м и m = 0,5(18 + 5,1) = 11,55 м

для II водоносного слоя

Суммарный приток к водопонизительной системе при установившемся режиме фильтрации составляет Q = Q1 + Q2 = 3240 + 2130 = 5370 м3/сут.

4.62 (4.16). При неустановившемся режиме фильтрации грунтовых вод допускается для расчетов водопонижения применять метод последовательной смены стационарных состояний, предполагающий, что в каждый данный момент фильтрация является как бы установившейся. При этом радиус депрессии определяется в зависимости от времени - пока он не достигнет величины, соответствующей величине при установившемся режиме.

В случае выполнения крупных водопонизительных работ с продолжительным неустановившимся режимом, необходимости учета особых условий питания грунтовых вод, применения несовершенных (не доходящих до водоупора) водопонизительных скважин и дрен и в других сложных случаях расчеты водопонижения допускается выполнять, основываясь на балансе динамических и статических ресурсов грунтовых вод, используя методы фрагментов, электрогидродинамических аналогий и моделирования, а также методы, основанные на теории упругого режима.

4.63. При расчете по методу последовательной смены стационарных состояний расчет притока ведется по формулам (6) и (7), при этом на каждый определенный момент времени принимается:

для плоского безнапорного потока

(20)

для плоского напорного потока

(21)

для радиального безнапорного потока

(22)

для радиального напорного потока

(23)

где t - время откачки, сут;

a - коэффициент пьезопроводности, м2/сут.

При отсутствии данных опытных откачек коэффициент пьезопроводности может быть определен по формуле

(24)

где e - пористость слоя;

Eв и Eг - модули деформации соответственно воды и грунта.

Ориентировочные значения коэффициентов пьезопроводности для некоторых видов грунтов приведены в табл. 12.

Таблица 12

Обычно использование формул (20) - (23) приводит к некоторому завышению расчетных притоков и поэтому условия их применения те же, что и для формул [13 (4)], [14 (5)] (см. п. 4.59).

Пример 2. Определить необходимую производительность водопонизительной системы в примере 1 при неустановившемся режиме исходя из условий производства земляных работ, для которых требуется обеспечить понижение уровня грунтовых вод I водоносного слоя на полную расчетную глубину - 12,9 м в течение 25 сут, понижение на 5,5 м для разработки первого уступа котлована - за 10 сут и требуемое понижение уровня грунтовых вод II водоносного слоя (S2 = 4,65 м) к началу разработки 2-го уступа котлована через 25 дней после начала откачки. Коэффициент пьезопроводности для II водоносного слоя a = 0,4 x 104 м2/сут, остальные данные те же, что и в примере 1.

Расчетный радиус влияния водопонизительной системы для I водоносного слоя при t1 = 10 сут и S1 = 5,5 м определяем по формуле (22):

Необходимую производительность водопонизительных средств для понижения S1 = 5,5 м при y = 18 - 5,5 = 12,5 м и m = 0,5(18 + 12,5) = 15,25 м находим по формуле [7 (3)]:

Необходимую производительность водопонизительных средств для понижения уровня грунтовых вод на величину S2 = 12,9 м (Q2) за t2 = 25 - 10 = 15 сут находим исходя из предположения, что эти средства включаются с начала откачки. Для этого определяем время t', в течение которого средствами с производительностью Q2 могло бы быть достигнуто понижение S1 = 5,5 м. Используя формулы [7 (3)] и (22) для безнапорных условий, составим уравнение:

После подстановки исходных данных и соответствующих преобразований получим:

ln(88 225 + 5775t') - 1,78ln(1600 + 7625t') + 5,75 = 0,

откуда подбором определяем t' = 2 сут.

Расчетное значение радиуса влияния за время t2 + t' = 15 + 2 = 17 сут находим по формуле (22):

Необходимая производительность водопонизительных средств на втором этапе работ:

Для II водоносного слоя по формуле (23) находим время, в течение которого радиус влияния водопонизительной системы достигнет значения, отвечающего условию установившегося режима R = 360 м:

принимаем tII = 10 сут.

Следовательно, для выбора средств водопонижения во II водоносном слое можно принять QII = 2130 м3/сут (по установившемуся режиму - см. пример 1) с включением этих средств через 25 - 10 = 15 сут после начала откачки в I водоносном слое.

Суммарная расчетная производительность водопонизительных средств при неустановившемся режиме составит:

при t < 10 сут Q = Q1 = 2710 м3/сут;

при 10 < t < 15 сут Q = Q2 = 4550 м3/сут;

при t > 15 сут Q = Q2 + QII = 4550 + 2130 = 6680 м3/сут с постепенным снижением до достижения определенной в примере 1 общей производительности системы для установившегося режима.

4.64. При глубоком водопонижении и длительном неустановившемся режиме расчеты водопонижения возможно выполнять по формулам теории упругого режима, основанной на учете упругих свойств воды и грунта.

Уменьшение давления воды приводит к ее расширению и к сжатию в то же время грунтового слоя. При распространении депрессии на значительные площади эти деформации оказываются существенными.

Расчет контурных систем ведется по формуле

(25)

Формула (25) выведена для напорной фильтрации. Однако, несмотря на то, что упругие свойства воды и грунта при безнапорной фильтрации не играют существенной роли, имеется определенная аналогия между неустановившейся фильтрацией в напорном и безнапорном водоносных слоях. Поэтому формула (25) может применяться как для расчетов водопонижения в напорных водоносных слоях, так и в безнапорных.

Для безнапорных водоносных слоев аналогом величины m, так же как и ранее, служит средняя толщина потока ; аналогом входящего в величину  коэффициента пьезопроводности a служит коэффициент уровнепроводности  (в дальнейшем коэффициент уровнепроводности обозначается также a без индекса).
В табл. 13 - 16 приведены формулы, выражающие величины  в различных случаях при расчетных фиксированных точках вне водопонизительной системы и в ее центре, а также вспомогательные величины.

Таблица 13

Таблица 14

Примечания: 1. При определении уровня в одной из действующих скважин величина для этой скважины принимается равной ее радиусу r.

2. Значения функции E(-x) для табл. 13 и 14 определяются по табл. 15.

Таблица 15

Примечание. ; при x < 0,1 можно принять .

Величины для совершенных контурных и коротких линейных водопонизительных систем [табл. 13] и для совершенных неприведенных систем [табл. 14] выражаются в виде зависимостей от интегральной показательной функции Ei(-x) (табл. 15). Для несовершенных систем и отдельных устройств , где lф — смоченная часть фильтра, значение функции принимается по табл. 16.

Таблица 16

Расчет линейных водопонизительных систем ведется по формуле

(26)

где

Значения функции F(u) берутся по графику рис. 45.

Рис. 45. График функции F(u)

При разновременном пуске или остановке элементов водопонизительных систем величины фильтрационных сопротивлений  определяются как алгебраическая сумма сопротивлений, обусловленных действием каждого включаемого или выключаемого элемента.
Всякий график зависимости Q = f(t) можно (выделяя некоторые интервалы времени) представить в виде отдельных отрезков, в пределах которых Q = const, т.е. изобразить его ступенчатой линией (рис. 46). Фильтрационные сопротивления  для каждого интервала времени будут равны:

для ,

для t1 < t <= t2

для t1 > t2

В общем виде формула для выражается в виде

(27)

где m — число изменений дебита (ступеней);

Рис. 46. Ступенчатый график откачки

Пример 3. Требуется определить число, расположение и производительность водопонизительных скважин для снижения в течение 30 сут напора в основании расположенного у реки объединенного котлована здания ГЭС и водосливной плотины (рис. 47).

Рис. 47. Расчетная схема к примеру 3

В связи с недостаточной фильтрационной устойчивостью разделяющего слоя пьезометрический уровень напорных вод должен быть понижен ниже дна котлована.

Исходные данные: толщина напорного водоносного слоя m = 15 м; коэффициент фильтрации k = 5 м/сут; коэффициент пьезопроводности a = 104 м2/сут; над подошвой водоносного слоя напор H = 40 м; расстояние от центра котлована до контура питания L = 1000 м, необходимое понижение напора на участке здания ГЭС SА = 20 м, на участке плотины SБ = 10 м.

Учитывая разное заглубление участков котлована, водопонизительные скважины целесообразно расположить только на участке здания ГЭС, имеющем наибольшее заглубление. Расчет проводим последовательным приближением для расчетных точек А, Б и одной из скважин, в которой ожидается наибольшее понижение, задавая сначала произвольное число скважин и уточняя его до получения оптимального решения.

Принимаем первоначально число равнодебитных скважин n = 3, располагая их у трех сторон участка котлована ГЭС, — скважины № 2, 6, 9 (на рис. 47 показано окончательное число скважин и их расположение).

Измеряем расстояние от точки А до скважин  и до их зеркальных отображений  (относительно контура питания).
Для определения суммарного дебита системы рассчитываем величину сопротивления  по схеме 2 табл. 14.

Критерий использования формул

Следовательно, для определения величины необходимо использовать зависимость от функции Ei(-x), где . Вычисления сводим в табл. 17.

Таблица 17

В этой формуле .

Определяем суммарный дебит системы скважин по формуле (25):

Наибольшее понижение уровня воды ожидается в скважине № 6; для его определения измеряем расстояния и от скважины № 6 до остальных скважин и их зеркальных отображений и находим величину по первой формуле схемы 2 табл. 14, сводя входящие в нее величины в табл. 18.

Таблица 18

Понижение уровня в скважине № 6 определяем по формуле (25):

Результат расчета неудовлетворительный, так как понижение уровня в скважине превышает напор (S6 > H), т.е. уровень в скважине должен опуститься ниже подошвы водоносного слоя. Увеличиваем число скважин и вновь проводим расчет в аналогичном порядке. Последовательное приближение показывает, что удовлетворительный результат получается при числе скважин n = 10, расположенных, как показано на рис. 4.30. При этом числе и расположении скважин расчет дает следующие результаты:

фильтрационное сопротивление для точки ;

суммарный расход системы скважин — Q = 6100 м3/сут;

производительность каждой скважины — ;

фильтрационное сопротивление для скважины № 6 — ;

понижение уровня в скважине — S6 = 31,1 м.

Получив удовлетворительный результат по заданному понижению уровня в расчетной точке А (SА = 20 м), проверяем величину понижения уровня в расчетной точке Б на другом участке котлована. Расчет проводим по тем же формулам в следующем порядке:

находим расстояния от точки Б до скважин и их зеркальных отображений;

определяем величину ;

находим понижение в точке Б по формуле (25):

Результат удовлетворительный, с некоторым запасом.

Таким образом, требуемое понижение напора за 30 сут дает система из расположенных с трех сторон котлована у наиболее заглубленного его участка 10 скважин производительностью по 610 м3/сут каждая.

4.65. В определенных случаях для расчетов водопонижения может быть использован метод фрагментов, заключающийся в том, что фильтрационный поток подразделяется на фрагменты (участки), для каждого из которых известно решение.

Разбивку на фрагменты следует производить так, чтобы их границы приближались к линиям равных напоров (последовательное деление) или к линиям токов (параллельное деление). Отдельные решения связываются между собой путем использования условий на границах участков.

Метод фрагментов применяется, в частности, для расчетов притоков к несовершенным котлованам. При этом область фильтрации делится на два основных участка, граница между которыми проводится по плоскости дна котлована; верхняя часть рассматривается как безнапорный водоносный слой при совершенном вскрытии, нижняя часть — как водоносный слой, содержащий напорные воды. Напорный слой подразделяется на два фрагмента: внешний с горизонтальным направлением фильтрационного потока (от контура питания до котлована) и внутренний с восходящим потоком (под дном котлована).

Формулы, выведенные из таких предположений для определения притоков к несовершенным котлованам и траншеям, приведены в табл. 19.

Таблица 19

4.66. Когда ожидается значительная неравномерность притока грунтовых вод к различным участкам водопонизительной системы, например при ее расположении в непосредственной близости от водоема, целесообразна соответствующая расстановка средств водопонижения. В этих случаях для расчета притока стороны котлована или систему скважин подразделяют на участки и приток к каждому участку определяют по формуле [6 (2)] (при x = 0, y = yл, ) с предварительным построением гидродинамической сетки (лент тока).

Гидродинамическая сетка (рис. 48) образуется системой эквипотенциалей (линий равного напора или равной глубины потока) и нормальных к ним линий тока. Часть области фильтрации, заключенная между двумя линиями тока, называется лентой тока, которая подразделяется эквипотенциалями на отсеки. Исходя из постоянства расхода в пределах ленты тока каждый отсек при постоянном (по напору) шаге эквипотенциалей должен удовлетворять условию:

(28)

где bi, li — ширина и длина i-го отсека;

ki, mi — водопроводимость водоносного слоя в отсеке.

Рис. 48. Гидродинамическая сетка фильтрационного потока

1 — контур питания; 2 — контур скважин

Для однородного водоносного слоя как напорного, так и безнапорного следует исходить из условия

(29)

Для условий малой сложности (несложные очертания контура питания, однородная водопроницаемость и т.п.) гидродинамическую сетку или расчетные ленты тока можно строить графически, а в более сложных случаях с помощью прибора ЭГДА (см. п. 4.67). Графическое построение лент тока производится в следующем порядке:

на расчетном участке в первом приближении намечают эквипотенциали между контурами питания и водопонижения, например, четыре эквипотенциали — 20, 40, 60 и 80% разности напоров на контурах питания и водопонижения, разбивая ими ленту тока на пять отсеков;

нормально к эквипотенциалям проводят две линии тока, образующие между собой ленту тока;

определяют величины или для каждого отсека;

корректируют расположение эквипотенциалей и линий тока, добиваясь постоянства указанных соотношений с точностью порядка 5 — 10%; аналогично строят следующие ленты тока по всей длине расчетного участка. Число выделяемых лент тока зависит от желаемой детализации в определении притока к различным участкам водопонизительного контура.

После построения лент тока поток в каждой из них приводится к эквивалентному плоскому потоку шириной b0 с некоторой выбранной расчетной водопроводимостью km. При этом в расчете может рассматриваться либо полная длина ленты тока между ее границами — контурами питания и водопонижения, либо участок длины между двумя выбранными граничными эквипотенциалями.

При расчете по полной длине ленты тока за ширину эквивалентного потока принимается ширина ленты на контуре водопонижения b0 = B (см. рис. 48), а приведенная длина эквивалентного потока Lл определяется по формуле

(30)

где

(для однородного водоносного слоя

);

n — число отсеков в ленте тока.

Приток на ленте определяется по формуле (6), положив в ней R = Lл, l = B, x = 0, y = yл (где yл — напор на контуре водопонижения) и km, равное выбранной расчетной водопроводимости слоя.

При расчете по участку длины ленты тока за b0 принимается ее ширина по нижней (ближайшей к контуру водопонижения) граничной эквипотенциали; верхняя граничная эквипотенциаль принимается за контур питания; приведенная длина эквивалентного потока для участка будет

(31)

где n — число отсеков на расчетном участке (для однородного слоя, как и прежде, ).

Напоры на граничных эквипотенциалях определяются по формулам:

для напорного потока

yг = (H — yл)P + yл; (32)

для безнапорного потока

(33)

где P — потенциал на граничной эквипотенциали, выраженный в долях единицы: .

Приток определяется по формуле (6), в которой принимается R = Ly, l = b0, x = 0, , (где и — соответственно напоры на верхней и нижней граничных эквипотенциалях) и km — выбранная расчетная водопроводимость слоя.

Пример 4. Определить необходимую производительность, оборудование и целесообразный шаг водопонизительных скважин на отдельных участках водопонизительной системы котлована (рис. 49), расположенного у реки в песках, с коэффициентом фильтрации k = 15 м/сут при установившемся режиме.

Рис. 49. Расчетная схема к примеру 4

1 — линия уреза реки; 2 — трасса водопонизительных скважин; 3 — водопонизительные скважины; 4 — непониженный уровень грунтовых вод; 5 — пониженный уровень грунтовых вод в плоскости скважин; 6 — пониженный уровень грунтовых вод на участке между скважинами

Гидродинамическая сетка фильтрации получена с помощью прибора ЭГДА. При моделировании контур питания (река) отодвинут от котлована на величину потерь напора на вход фильтрационного потока, которая определяется для данного случая по формуле (11):

На основании гидродинамической сетки построена расчетная схема (рис. 50). Ввиду симметричности притока на ней показана половина области фильтрации, в которой выделены 8 лент тока: одна со стороны реки — здесь поток близок к плоско-параллельному; по одной — на углах контура; по две-три — на боковом и береговом участках котлована.

Рис. 50. Схема лент тока в примере 4

1 — 8 - ленты тока; 9 — контур питания (река); 10 — контур стока (трасса водопонизительных скважин); 11 — границы лент тока (линии тока); 12 — линии равных напоров (эквипотенциали)

Лента тока № 1 ввиду ее близости к плоской не разбивается на отсеки. Для нее в качестве b0 принимаем B, а приведенную длину определяем по формуле (30), с учетом однородности слоя при i = 1 и li, отсчитываемым с учетом (табл. 20).

Таблица 20

Расчетная водопроводимость для ленты № 1:

На лентах тока № 2 — 8 по 4 отсека; поскольку они заключены между эквипотенциалями 10 и 90% с равным шагом по напору, то для них в каждой ленте . Принимаем за b0 — длину эквипотенциали 10% и ведем расчет по участку длины ленты между эквипотенциалями 10 и 90%. Напоры на границах расчетных участков определяем по формуле (33):

Расчетная водопроводимость слоя для лент № 2 — 8

Приведенная длина расчетного участка для каждой ленты выразится в виде

Дальнейший расчет сведен в табл. 20.

4.67. Для условий повышенной сложности (крупные водопонизительные системы, неоднородный фильтрационный поток, сложные очертания контуров питания и водопонижения и т.п.) расчет водопонизительных систем целесообразно проводить с использованием метода ЭГДА (электрогидродинамических аналогий).

Метод ЭГДА основан на аналогии между явлениями установившейся ламинарной фильтрации и прохождения тока в электропроводной среде. Аналоги параметров и основных законов двух потоков приведены в табл. 21.

Таблица 21

Аппаратура ЭГДА выпускается серийно (приборы ЭГДА-9/60, сеточные электроинтеграторы ЭИ-12 и др.). Для целей водопонижения используются, как правило, сплошные плановые модели (из электропроводной бумаги) с применением приборов ЭГДА-9/60, и в редких случаях (главным образом при неоднородных условиях) сеточные модели.

Модель ЭГДА должна удовлетворять условиям подобия: геометрическое подобие области фильтрации; подобие граничных условий (контуры питания и водопонижения моделируются электрической шиной, непроницаемый контур — обрезом электропроводной бумаги); пропорциональность между электропроводностью модели и водопроводимостью слоя.

Измерения на модели электрических потенциалов определяют пропорциональные величины напора в различных точках и позволяют построить эквипотенциали (линии равного напора). Затем уже проводят ортогональные им линии токов и, таким образом, на модели строится гидродинамическая сетка. Измеряются и другие электрические параметры (сила тока, напряжение). Расчет притока можно проводить по лентам тока (см. п. 4.66) либо путем расчета с использованием измерений электрических параметров по формуле

(34)

где I — сила тока, А;

• удельное сопротивление электропроводной бумаги, Ом (сопротивление квадрата бумаги между его противоположными сторонами);

U — напряжение, В;

S — понижение уровня грунтовых вод, соответствующее разности потенциалов на модели в 100%, м;

Q — приток к моделируемому элементу, м3/сут.

4.68. При больших размерах водопонизительной системы в плане, большой глубине понижения и длительном сроке водоотлива, при нескольких взаимосвязанных водоносных слоях, при сложной смене водоупорных и водоносных слоев по горизонтали и вертикали схематизация природных условий для использования обычных гидродинамических методов может быть произведена только весьма ориентировочно и результаты расчетов нельзя считать надежными. В подобных условиях можно использовать приближенные методы расчета, в частности метод водного баланса в зоне водопонижения.

При расчетах по этому методу приток к водопонизительной системе условно делится на две части: притоки за счет сработки статических запасов грунтовых вод и динамические притоки. К статическим ресурсам относится та часть воды, которая может быть отобрана из грунта в пределах депрессионной воронки.

К динамическим притокам относится та часть откачиваемой воды, которая поступает к водопонизительной системе вследствие инфильтрации атмосферных осадков, выпадающих в зоне водопонижения, а также из области питания.

Притоки за счет сработки статических запасов определяются по формуле

(35)

где V — объем грунта в депрессионной воронке, м3;

t — заданное время сработки статических запасов, сут;

• средняя величина водоотдачи осушенных слоев грунта (изменяется в пределах 0,008 — 0,35 для различных водоносных грунтов), принимается по данным изысканий.

Динамические запасы определяются следующим образом:

а) динамические притоки за счет инфильтрации атмосферных осадков определяются по формуле

(36)

где F — общая площадь распространения водопонижения, км2;

• пополнение запасов вод за счет инфильтрации атмосферных осадков (модуль подземного стока для данного района, м3/сут на 1 км2);

б) динамические притоки из области питания (соседних водных бассейнов, водообильных водоносных слоев и др.)

Qп = BMki, (36а)

где B — средняя ширина потока подземных вод на границе области питания, м;

M — сумма толщин водоносных слоев, м;

i — градиент потока грунтовых вод в природном состоянии.

Общий приток к водопонизительной системе определяется по формуле

Q = Qстат + Qинф + Qп. (37)

4.69 (4.17). Расположение водопонизительных скважин, их количество и заглубление надлежит определять исходя из притока грунтовых вод и необходимого понижения их уровня.

Расчетная производительность одной скважины qскв не должна превышать допустимой предельной производительности, принимаемой по опытным данным с учетом исключения выноса частиц грунта.

В случае отсутствия опытных данных qскв допускается определять из условия

[38 (6)]

где lф и d — длина и диаметр смоченной части фильтра.

Оптимальная подача, развиваемый напор и мощность электродвигателей насосов должны соответствовать расчетной производительности скважин.

4.70. При расчете водопонизительных скважин, предварительно задаваясь их параметрами (глубиной, диаметром и длиной смоченной части фильтра) и руководствуясь опытными данными, а при их отсутствии формулой (38), определяют предельную производительность одной скважины. Исходя из этого дебита и общего притока к водопонизительной системе намечают число скважин — n и их расположение.

При этом, назначая число скважин, следует учитывать ожидаемую их эффективность, имея в виду, что производительность каждой скважины может быть близкой к предельно допустимой, определяемой по формуле (38), лишь в грунтах с высокими значениями коэффициентов фильтрации. В случаях же низких значений коэффициентов фильтрации, при которых входные скорости воды в фильтр , производительность скважин будет меньше предельно допустимой и для ее достижения требуется увеличивать длину смоченной части фильтра. Помимо этого, необходимо принимать во внимание уменьшение с течением времени производительности скважин как по мере сработки уровней грунтовых вод, так и в результате процессов коррозии и химического зарастания фильтров.

Большое значение имеет также толщина водоносного слоя по сравнению с величиной требуемого в нем понижения уровня воды: при большой толщине водоносного слоя можно, заглубляя скважины и добиваясь в них значительно большего понижения уровня воды, чем требуется, например в центре котлована, решать поставленные задачи строительного водопонижения с минимальным числом скважин. В этом случае нужно учитывать экономику, так как с глубиной возрастает стоимость скважин и откачка из них воды. Кроме того, могут возникнуть трудности с приобретением соответствующих насосов.

Важно и правильно разместить скважины с учетом местных особенностей гидрогеологических условий, соблюдая принцип: отобрать каждой скважиной как можно больше воды, не увеличивая в то же время общего расхода водопонизительной системы. Например, при устройстве котлована в водоносных грунтах с невысокими значениями коэффициентов фильтрации и неглубоком залегании под ними крупнозернистых грунтов с высокой фильтрационной способностью водопонизительные скважины целесообразно заглублять в крупнозернистые грунты; при глубоком же залегании грунтов с высокой фильтрационной способностью заглубление в них водопонизительных скважин может привести к излишнему завышению откачки грунтовых вод и повышенным затратам на водопонижение.

При размещении водопонизительных скважин следует стремиться к достижению равной нагрузки на них. Когда все же оказывается необходимым предусматривать неравные дебиты водопонизительных скважин, то необходимо производить проверку достигаемых понижений в расчетных точках по формулам групповой (неприведенной к кругу или прямой линии) водопонизительной системы (см. пп. 4.36 — 4.38).

При близком ко дну котлована расположении водоупора, подстилающего водоносный слой, целесообразно размещать скважины в местах понижений кровли водоупоров (подошвы водоносного слоя).

Иногда при выборе числа водопонизительных скважин решающим фактором может оказаться ограниченный выбор насосов. Тогда за основу принимают производительность наиболее подходящих из имеющихся насосов и стремятся к достижению соответствующей производительности скважин. Во многих случаях это возможно путем подбора диаметра, заглубления и высоты действующей (смоченной) части фильтра.

Установив таким образом расположение и число водопонизительных скважин, расчетную производительность одной скважины (при одинаковой нагрузке на них) принимают по формуле

(39)

4.71. При выбранном числе и расчетной производительности водопонизительных скважин и неприведенном их расположении понижения уровня грунтовых вод в расчетных точках определяются путем суммирования действий каждой скважины в отдельности

(40)

где SM — расчетное понижение в точке M от действия всех скважин;

• то же, от действия одной скважины;

fi — функция понижения от действия одиночной скважины определяется по табл. 22;

m — средняя толщина потока для расчетной точки M.

Таблица 22

Примечание. Для схем 3 и 4 решения могут быть распространены на случаи, когда перпендикулярно к области питания проходит непроницаемая граница. Для учета этой границы надо ввести фиктивную скважину, являющуюся зеркальным отображением действительной относительно непроницаемой границы. Величина функции понижения получится при этом как сумма функций понижения от действия обеих скважин (действительной и фиктивной).

Рис. 51. Графики значений и

Функцию понижения в расчетной скважине от ее собственного действия определяют по формуле

(41)

Понижение в расчетной i-той скважине - определяется зависимостью:

(42)

Пример 5. Для возможности разработки 1-го уступа котлована требуется понизить уровень грунтовых вод в точке M на 5 м. Определить, достаточно ли для достижения этого уровня включения в работу первых четырех скважин строящейся водопонизительной системы с производительностью по 50 м3/ч, для обеспечения которой действующая часть фильтра должна быть длиной не менее 7 м (lф >= 7 м). Напор грунтовых вод на контуре питания H = 23 м, коэффициент фильтрации k = 10 м/сут. Расположение скважин и котлована показано на рис. 52.

Рис. 52. Расчетная схема к примеру 5

Для определения понижения в точке M, учитывая равную производительность скважин и безнапорный характер потока, формулу (40) можно преобразовать с подстановкой значения m = 0,5(2H - S) к виду

Вычисляем функции понижения от действия одиночных скважин для точки M по формуле схемы 2 табл. 22:

от скважин N 1 и 2 (x = 20 м, L = 110 м, ):

от скважин N 3 и 4 (x = 50 м, L = 140 м, ):

Сумма функций понижения от действия скважин N 1 - 4 для точки M

откуда понижение в точке M составит

Определяем понижение в скважинах. При равной производительности наибольшее понижение будет в удаленных от реки скважинах N 3 и 4.

Функция понижения для скважины N 4 от ее собственного действия по формуле (41) (R = 2L = 280 м):

Функции понижения для скважины N 4 от действия скважин N 1, 2, 3 вычисляем по формуле схемы 2 табл. 22:

от скважины N 1 (x = 30 м, L = 110 м, )

от скважины N 2 (x = 30 м, L = 110 м, )

от скважины N 3 (x = 0, L = 140 м, )

Сумма функций понижения для скважины N 4

Понижение в скважине N 4

Уровень воды в скважине

yс = H - S4 = 23 - 14,55 = 8,45 м.

Так как yс = 8,45 м > lф = 7 м и Sм = 5,25 м > 5 м, то, следовательно, при вводе в действие первых четырех скважин разработка котлована на глубину первого уступа возможна.

При расчете контурных и линейных систем скважин понижения уровня грунтовых вод определяются путем разделения фильтрационного потока на зоны равномерно или медленно изменяющегося течения (внешние зоны) и зоны резко изменяющегося течения, в частности вблизи скважин (внутренние зоны). Общее фильтрационное сопротивление для фильтрационного потока к линейным и контурным водопонизительным системам складывается из сопротивления для двух потоков.

Связь между понижениями уровней воды в скважинах - Sс и на их линии Sл (в расчетной траншее) для напорного потока выражается формулой

(43)

Соответственно, связь между уровнями воды в скважинах и на их линии для безнапорного потока имеет вид

(44)

В формулах (43) и (44):

Sл - уровень на линии скважин, определяется для линейных водопонизительных систем из формулы [6 (2)] при x = 0, а для контурных - из формулы [7 (3)] при x = A;

• фильтрационное сопротивление; для совершенных скважин ( - внутреннее сопротивление контура):

(45)

Для несовершенных по степени вскрытия водоносного слоя скважин необходимо учитывать также дополнительное гидродинамическое сопротивление из-за неполного вскрытия водоносного слоя :

(46)

где  - относительная длина фильтра в водоносном слое.
Для безнапорных условий в формуле (46) взамен lф подставляется значение  - расстояние от уровня воды в скважине до низа фильтра и ;

• коэффициент, определяемый по графику на рис. 53 в зависимости от и (для напорных условий , для безнапорных ), где c — расстояние от низа фильтра до водоупора, м.

Рис. 53. График значений а — схема напорного режима фильтрации; б — схема безнапорного режима фильтрации; в — график

При расчете по формулам (40) — (42) дополнительное сопротивление входит в выражение расчетного радиуса rр совершенной скважины, эквивалентной по дебиту действительной несовершенной скважине:

(47)

Расчет проводится как для совершенных скважин с подстановкой расчетного радиуса rр в формулу (41).

4.72. Определенные по формулам (40) — (47) уровни воды в скважинах несколько ниже уровней воды в грунте за стенкой скважины за счет дополнительных сопротивлений из-за сильного искривления линий токов вблизи скважины. Разность уровней воды за стенкой и внутри скважины — высота высачивания (для скважин с незатопленным фильтром) — определяется по формулам табл. 23.

Таблица 23

Таблица 23а

Продолжение табл. 23а

4.73. Установив отметки уровней воды в самой скважине и за ее стенкой, подбирают окончательно ее диаметр, длину фильтра и полную глубину.

Длину действующей смоченной части фильтра и его диаметр подбирают, руководствуясь формулой (38) и указаниями п. 4.70 так, чтобы обеспечить принятую по наиболее напряженному периоду работы расчетную производительность скважины. При этом фильтр может быть затопленным или незатопленным.

Затопленный фильтр менее подвержен коррозии и химическому зарастанию, чем незатопленный, поэтому для длительного срока службы фильтр следует располагать ниже уровня воды в скважине. В этом случае по всей длине он будет действующим. Все же часто используются водопонизительные скважины с незатопленным фильтром, например при понижении уровня воды "до водоупора", когда требуется дополнительная аэрация водоносного слоя, и т.п. Верх незатопленного фильтра назначается на 0,5 - 1 м выше расчетного уровня воды за стенкой скважины, а действующая часть фильтра отсчитывается вниз от этого уровня.

При установлении полной длины фильтра и глубины скважины необходимо учитывать также наличие и высотное расположение в ней насоса, рабочее колесо первой ступени которого должно быть заглублено под динамический уровень воды в скважине не менее чем на величину гидравлического подпора, указываемого в паспорте завода-изготовителя. Низ фильтра при установке в скважине насоса с погружным электродвигателем должен находиться на 1 - 2 м ниже него (при невозможности выполнения этого требования, например, из-за близости водоупора, следует предусматривать специальные приспособления для циркуляции вокруг электродвигателя охлаждающей воды, поступающей в скважину).

При наличии нескольких водоносных слоев фильтры располагаются в каждом из них.

Длина отстойника принимается в зависимости от характера грунтов обычно в пределах 2 - 3 м.

При выборе диаметра водопонизительных скважин наряду с требованиями обеспечения принятой производительности скважин необходимо учитывать и требования их эксплуатации, вытекающие из характера и назначения скважин (см. пп. 4.30 - 4.40).

Длина фильтра, отметки уровней воды за скважиной и в скважине, глубина погружения в скважину насоса, выбранные длины отстойников представляют собой параметры, на основании которых устанавливается полная глубина водопонизительных скважин для данной конкретной задачи и инженерно-геологических условий, в которых она решается.

Уровни воды в точках на территории при известной уже величине притока грунтовых вод определяют из решения уравнений (8) и (9), задаваясь расстояниями x от оси линейной или от центра контурной водопонизительной системы до точек, по которым строится затем депрессионная поверхность.

Пример 6. Для природных условий примера 1 определить основные параметры несовершенных водопонизительных скважин линейной системы при понижении, требуемом для производства работ в длинной траншее (рис. 54), расположенной на расстоянии 180 м от реки и на значительном удалении от водоема.

Рис. 54. Расчетная схема к примеру 6

1 - уровень грунтовых вод I водоносного слоя; 2 - пониженный уровень грунтовых вод I водоносного слоя

Предварительно по формулам (19) проверяем необходимость снижения напора II водоносного слоя.

Так как , снижение напора II водоносного слоя не требуется.

Требуемое понижение уровня грунтовых вод I водоносного слоя находим по формулам (16) и (17):

При

и

по графику рис. 42 , откуда S = 1,08·6 + 0,3 = 6,8 = 6 + 0,5 + 0,3.

Расчетные радиусы влияния для длинной линейной системы определяем:

со стороны реки по формуле (9) с учетом ранее вычисленной в примере 1 поправки к расстоянию

с противоположной стороны траншеи по формуле [13 (4)] с соблюдением условия R2 >= R1.

Так как , для последующих расчетов принимаем R2 = R1 = R = 208 м с обеих сторон траншеи.

Удельный приток при установившемся режиме фильтрации при y = 18 - 6,8 = 11,2 м и m = 0,5 (18 + 11,2) = 14,6 м формулу [6 (2)]

Понижение на линии скважин находим, преобразуя формулу [6 (2)] при x = 0.

Уровень на линии скважин yл = H - Sл = 18 - 7,6 = 10,4 м.

Задаваясь расстоянием между скважинами , определяем приток к одной скважине: qскв = 20·10,4 = 208 м3/сут.

Для откачки воды принимаем насос 1ЭЦВ-6-10-50. Диаметр скважины с учетом обсыпки назначаем равным 250 мм.

Внутреннее сопротивление контура находим по формуле (45):

Уровень в совершенной скважине - по формуле (44):

Минимальную длину действующей части фильтра определяем по формуле (38):

Для выбранного насоса требуемый подпор 1 м, расстояние от первой ступени до низа электродвигателя тоже 1 м и до низа фильтра принимаем еще 1 м (см. п. 4.73). Таким образом, расстояние от сниженного уровня в скважине до низа фильтра следует принять l = 1 + 1 + 1 = 3 м.

Учитывая, что уровень в несовершенной скважине должен быть несколько ниже, чем в совершенной, предварительно принимаем

При по графику на рис. 53 находим , откуда по формуле (46):

Следовательно, суммарное сопротивление с учетом несовершенства скважины составит

а сниженный уровень в несовершенной скважине по формуле (44)

(совпадает с предварительно принятым).

Для определения уровня воды за стенкой скважины находим первоначально высоту высачивания в совершенной скважине по формуле схемы 1 табл. 23, приняв по табл. 24 при r = 0,125 м :

Высоту высачивания в несовершенной скважине находим по формуле схемы 2 табл. 23:

На основании указаний п. 4.73 общую длину фильтра принимаем , длину отстойника l0 = 2 м. Следовательно, глубина скважины составит

lскв = 2 + 10,3 + 3 + 2 = 17,3 м.

4.74. Методика расчета лучевых водопонизительных устройств предусматривает приведение их к эквивалентным по производительности и понижению уровня воды в водозаборе вертикальным колодцам.

Производительность лучевого водозабора при установившемся режиме фильтрации определяется по формулам:

(48)

где hw - потери напора по длине лучевой скважины, м;

l - длина горизонтальной лучевой скважины, м (при разной длине лучевых скважин принимается в расчет среднее значение lср);

nлуч - число лучевых скважин водозабора;

r - радиус лучевой скважины, м.

Коэффициенты и берутся по табл. 24.

Таблица 24

Потери напора в лучевых скважинах определяются по формуле

(49)

где v - скорость течения воды в горизонтальных лучевых скважинах, м/с: ;

n - коэффициент шероховатости (для труб диаметром 50 - 300 мм можно принимать n = 0,08 - 0,1);

g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2.

Последующие расчеты систем взаимодействующих лучевых водозаборов выполняются по формулам для систем вертикальных водопонизительных скважин. При этом радиус эквивалентного по производительности и понижению вертикального колодца определяется по формулам:

Aэ = mep; (50)

где D - диаметр водозаборного колодца;

e - основание натуральных логарифмов.

4.75. При разработке общих решений иглофильтровых и вакуумных водопонизительных систем и их схематизации следует руководствоваться данными, приведенными в табл. 25. При последующем проектировании основные параметры водопонизительных систем должны уточняться на основе расчетов по пп. 4.76 - 4.78.

Таблица 25

При пользовании табл. 25 требуемое понижение отсчитывается для легких иглофильтровых установок - от оси насоса; для установок УВВ - от оси коллектора; для эжекторных иглофильтров - от уровня грунтовых вод.

4.76. Особенность расчета иглофильтровых установок заключается в необходимости учета высоты всасывания насоса и гидравлических потерь в системе, ограничивающих величины возможных понижений уровня грунтовых вод. По этой причине при определении основных параметров системы используются два расчетных уравнения: одно из них характеризует условия движения воды в самой иглофильтровой системе, другое выражает условия фильтрации воды в грунте. При этом расчет многосекционной иглофильтровой системы сводится к расчету одной установки.

Первое расчетное уравнение имеет вид

(51)

где Qн - приток грунтовых вод к одной установке, м3/сут:

(52)

nн - число иглофильтровых установок в системе;

yr - высота от водоупора до сниженного уровня воды у расчетного иглофильтра, м;

yн - высота расположения оси насоса над водоупором, м;

hвс - расчетная вакуумметрическая высота всасывания насоса, м (для установок ЛИУ принимается не более 6 м);

nи - число иглофильтров в установке;

• величина, зависящая от срока службы t иглофильтровой установки на данном объекте, м-1; для стандартного иглофильтра определяется из следующих условий:

kо - коэффициент фильтрации грунта в прифильтровой зоне или песчано-гравийной обсыпки, м/сут (для обсыпки kо принимается в пределах 15 - 25 м/сут в зависимости от ее гранулометрического состава);

• коэффициент потерь напора во всасывающей системе установки, сут2/м5, определяется по графику на рис. 55.

Рис. 55. График значений

Второе расчетное уравнение вытекает из формул [6 (2)] и [7 (3)], которые интерпретируются в зависимости от сниженного уровня yr у иглофильтров с учетом их несовершенства. Оно имеет вид:

для линейной водопонизительной системы

(53)

для контурной водопонизительной системы

(54)

где - половина расстояния между иглофильтрами, м;

S - требуемое понижение уровня грунтовых вод на расстоянии x от оси линейной или в центре контурной водопонизительной системы, м;

m' - толщина потока на линии иглофильтров, м: при напорном потоке m' = m, при безнапорном m' = yл;

• коэффициент фильтрационного сопротивления, зависящий от длины фильтрового звена, заглубления его в водоносный слой и расстояния между иглофильтрами, м-1.

Для стандартных фильтровых звеньев диаметром 0,07 м и длиной водоприемной части 0,8 м численные значения коэффициента принимаются по табл. 26.

Таблица 26

В случае когда влияние иглофильтровых установок не распространяется до контура питания водоносного слоя для всех значений yr, можно принимать одно значение R, соответствующее требуемому понижению уровня грунтовых вод в центре контурной системы (или на линии иглофильтров) и времени откачки t = 5 сут [формулы (20) - (23)].

Порядок расчета следующий. Исходя из заданного понижения уровня грунтовых вод по формуле [6 (2)] или [7 (3)] определяется приток к системе.

По графикам на рис. 56 находят предельную длину коллектора, исходя из которой устанавливают число установок (насосов) в системе и приток к одной установке (к одному насосу); задаются последовательно значениями шага иглофильтров и 2,25 м и определяют приток к одному иглофильтру, который не должен превосходить предельно допускаемого (рис. 57);

для каждого значения nи, которому соответствует приток к одному иглофильтру, не превосходящий предельно допускаемого, вычисляют значения yr по формуле (53) или (54) и строят график значений yr = f(nи); аналогичное построение выполняют и по формуле (51); получают две кривые, в пересечении которых определяются требуемые значения yr и nи (см. пример 7).

Рис. 56. Графики предельной длины всасывающего коллектора на один насосный агрегат установки ЛИУ-6

Q - суммарный приток к котловану; lк - предельная длина коллектора на один насосный агрегат; qуд - приток на 1 м коллектора

Рис. 57. Предельно допустимый дебит одного иглофильтра в зависимости от коэффициента фильтрации водоносного слоя

При выполнении данного расчета необходимо учитывать следующее:

если кривые yr пересекутся в интервале между двумя значениями nи, то следует принимать большее из этих двух значений (соответствующее меньшему шагу иглофильтров), а значение yr принимать соответствующее принятому шагу иглофильтров по формуле (53) или (54);

если кривые yr не пересекутся в интервале построения и при этом окажется, что значения yr по формуле (51) выше всех значений yr по формуле (53) или (54), то из этого следует, что насос установлен слишком высоко и для достижения требуемого понижения уровня грунтовых вод он должен быть перемещен на более низкую отметку (или может быть принято решение об устройстве ярусной системы водопонижения);

если значения yr, вычисленные по формуле (51), ниже всех значений по формуле (53) или (54), то из этого вытекает, что высота всасывания насоса используется не полностью и при выборе параметров иглофильтровой установки следует руководствоваться расчетными данными по формулам (53) и (54) без ограничений, накладываемых формулой (51).

Определив yr - полную глубину погружения иглофильтров, следует принимать

lи >= yн - yr + lф + 0,5, (55)

где lи - глубина погружения иглофильтров в грунт от оси насоса, м;

lф - длина фильтрового звена с наконечником, м: для стандартного иглофильтра lф = 1,20 м.

Пример 7. Определить требуемое число насосных агрегатов ЛИУ-6, шаг иглофильтров и глубину их погружения при осушении котлована в безнапорном слое с исходными данными, показанными на рис. 58.

Рис. 58. Расчетная схема к примеру 7

1 - положение оси насоса; 2 - иглофильтры

Приведенный радиус водопонизительной установки находим по п. 4.58:

Радиус влияния при t = 5 сут определяем по формуле (22):

Суммарный приток к водопонизительной системе определяем по формуле [7 (3)]

По графику рис. 56 при Q = 180 м3/ч и общей длине коллектора Pк = 2(105 + 65) = 340 м длина коллектора одного насосного агрегата не должна быть более 105 м. При четырех рабочих насосных агрегатах ЛИУ-6 (nн = 4) длина коллектора одного агрегата составляет

lк = 340:4 = 85 м < 105 м.

Предельную нагрузку на один иглофильтр определяем по графику рис. 57 при k = 30 м/сут:

qпр = 2,55 м3/ч.

Определяем число иглофильтров и нагрузку на один иглофильтр при шаге:

nи = 55 шт., q = 0,814 м3/ч;

nи = 37 шт., q = 1,21 м3/ч.

По формуле (51) вычисляем значения высоты от водоупора до сниженного уровня воды у иглофильтров при ; 1,5 и 2,25 м. В расчетах принимаем hвс = 6 м, kо = k = 30 м/сут, по п. 4.76, Qн = 4330:4 = 1080 м3/сут, значение коэффициента - по графику на рис. 55. Результаты расчетов сводим в табл. 27.

Таблица 27

Принимая значения по табл. 26 m' = H - S = 10 - 3,5 = 6,5 м; , вычисляем yr по формуле (54). Результаты расчетов сводим в табл. 28.

Таблица 28

На основании вычисленных значений строим кривые - рис. 59. Так как кривые пересеклись в интервале между и , принимаем и по верхней кривой [формула (54)] yr = 6,08 м.

Рис. 59. Графическое определение yr

Глубина погружения иглофильтров в грунт от оси насоса по формуле (55):

lи >= 11 - 6,08 + 1,2 + 0,5 = 6,62 м.

4.77. Определение основных параметров вакуумной водопонизительной системы с установками УВВ-2 проводится по методике, принятой для расчета иглофильтровых водопонизительных систем (см. п. 4.76) с учетом более высокого вакуума во всасывающем коллекторе.

Высоту всасывания hвс принимают в размере 9 - 8,5 м при водопонижении в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 1 м/сут и в размере 8,5 - 8 м в грунтах с коэффициентом фильтрации 1 - 2 м/сут. При таком вакууме глубину погружения иглофильтров установок УВВ можно принимать несколько меньшую, чем по формуле (55), при условии, что верх фильтровых звеньев будет располагаться не выше уровня yr + e.

Высота капиллярного поднятия e для грунтов с k = 0,1 - 2 м/сут может быть определена по приближенной формуле

(56)

После определения параметров водопонизительной системы с установками УВВ находят время достижения требуемого понижения уровня грунтовых вод по формуле

(57)

где A - половина расстояния между двумя линейными водопонизительными системами или приведенный радиус контурной системы, м;

• величина, определяемая в случае, когда S (требуемое понижение) задано в середине между двумя линейными установками по графикам на рис. 60, а когда S задано в центре контурной системы - по графикам рис. 61 в зависимости от параметра понижения B (в напорном водоносном слое ; в безнапорном ) и величины .

Рис. 60. График функции для линейных водопонизительных систем

Рис. 61. График функции для контурных водопонизительных систем

Пример 8. Определить необходимое время для достижения требуемого понижения уровня грунтовых вод для производства работ в траншее в безнапорном водоносном слое с исходными данными, показанными на рис. 62.

Рис. 62. Расчетная схема к примеру 8

1 - природный уровень капиллярного поднятия; 2 - уровень капиллярного поднятия при установившемся режиме откачки; 3 - сниженный уровень грунтовых вод

Для водопонижения приняты установки УВВ-2, расположенные по линейной схеме с обеих сторон траншеи; при расстоянии между иглофильтрами , стандартной длине коллектора lк = 54 м, высоте всасывания hвс = 8,8 м и коэффициенте фильтрации обсыпки иглофильтров Kо = 15 м/сут по методике п. 4.76 определено значение yr = 5,55 м.

По п. 4.64 находим значение коэффициента уровнепроводности

Определяем значение параметра B, соответствующее требуемому понижению уровня грунтовых вод:

При B = 0,761 и (m' = H - S = 12 - 4,4 = 7,6 м) по графику рис. 60 .

Время достижения требуемого понижения уровня грунтовых вод по формуле (57):

4.78. Расчет водопонизительных систем с эжекторными иглофильтрами и установками ЭВВУ в общем ведется аналогично расчетам систем со скважинами, оборудованными глубинными насосами. В дополнение к этим расчетам, выполняемым по формулам установившегося режима, производятся определение времени достижения требуемых понижений аналогично расчету систем с установками УВВ (см. п. 4.77) и гидравлический расчет эжекторных водоподъемников с выбором параметров рабочих насосов.

Глубину погружения эжекторных иглофильтров, так же как и иглофильтров установок УВВ, принимают с таким расчетом, чтобы верх фильтрового звена был на уровне yr + e.

Расчет эжекторных водоподъемников сводится к определению величин расхода рабочей воды qр, ее напора на входе в иглофильтр hр, а также подачи рабочего насоса Qр и развиваемого им напора Hр. Указанные величины определяются по формулам:

(58)

(59)

Qр = qрnи, м3/сут; (60)

(61)

где d0 - диаметр сопла эжектора, см;

Hп - расстояние по вертикали от сопла эжектора до точки излива, м;

Hв - величина вакуума, принимаемая для грунтов с коэффициентами фильтрации менее 1 м/сут в размере 9 - 8 м и в размере 8 - 7 м для грунтов с коэффициентами фильтрации 1 - 2 м/сут;

• общие потери напора в напорных трубопроводах водопонизительной системы, м.

Общие потери напора вычисляются по формуле

(62)

где Q - расход воды в трубопроводе, м3/с;

l - длина трубопровода, м;

kр - расходная характеристика трубопровода, определяемая в зависимости от его диаметра (d) по табл. 29;

v - скорость движения воды в трубопроводе, принимается 1 - 2 м/с;

• коэффициент местных сопротивлений, принимается по табл. 30.

Таблица 29

Таблица 30

Для эжекторных иглофильтров ЭИ-2,5 со стандартной насадкой с диаметром сопла d0 = 7 мм величины qр и hр можно определять по графику рис. 63.

Рис. 63. Графики для определения расхода и давления рабочей воды эжекторного иглофильтра с диаметром сопла насадки d0 = 7 мм

1 - эжектор; 2 - фильтровое звено

Пример 9. Определить параметры насосов для водопонизительной системы с иглофильтрами ЭИ-2,5 при осушении траншеи (рис. 64) в безнапорном водоносном слое. На каждой насосной станции водопонизительной системы устанавливаются циркуляционный резервуар и два насоса (из них один - резервный), работающие под заливом. Отвод воды от иглофильтров к циркуляционному резервуару производится по самотечному водосбросному коллектору.

Рис. 64. Расчетная схема к примеру 9

Расстояние от сопла эжектора, расположенного на 1 м выше водоупора, до точки излива, находящейся на 1,5 м выше поверхности земли, составит Hп = 18 м.

Величину вакуума принимаем Hв = 8 м.

По формулам (58) и (59) и по графику рис. 63 находим:

расход рабочей воды на 1 эжектор qр = 147 м3/сут;

необходимый напор hр = 88 м.

При общем количестве иглофильтров принимаем по трассе водопонизительной системы устройство пяти насосных станций. Следовательно, на один рабочий насос приходятся 24 иглофильтра и 72 м распределительного трубопровода.

Требуемая подача насоса определяется по формуле (60): Qр = 147·24 = 3530 м3/сут.

Ориентируясь на использование насосов 4НДВ (Q = 150 м3/ч, H = 94 м), определяем потери напора во всасывающем и распределительном трубопроводах.

Для всасывающего трубопровода диаметром 200 мм, длиной 8 м с установленными на нем арматурой и фасонными частями сумма коэффициентов местных сопротивлений , расходная характеристика трубопровода берется по табл. 29 Kр = 0,355, скорость движения воды

Потери напора во всасывающем трубопроводе находим по формуле (62):

Для распределительного трубопровода диаметром 150 мм сумма коэффициентов местных сопротивлений определена в размере , а расходная характеристика Kр = 0,165. При расположении насоса в середине трубопровода

Потери напора в распределительном трубопроводе:

Общие потери напора составляют

Так как по формуле (61) Hр = 88 + 5,2 = 93,2 < 94 м, использование для подачи рабочей воды насоса 4НДВ возможно.

4.79. При расчетах электроосушения следует исходить из основных положений и требований, освещенных в пп. 4.28 и 4.29, в соответствии с которыми расчет ведется в следующем порядке.

Общее электрическое сопротивление ортогональной схемы определяется по формуле

(63)

где - удельное электрическое сопротивление грунта, Ом·см;

a - расстояние между электродами в ряду, см;

b - расстояние между рядами, см;

r - радиус электродов, см;

l - глубина электродов, см;

N - число электродов в ряду.

Электрическое сопротивление шахматной схемы определяется по формуле

(64)

где c - безразмерный параметр: .

Потребная мощность установки постоянного электрического тока вычисляется по формуле

(65)

где U - разность потенциалов между электродами, В.

Ток на единице длины завесы определяется по формуле

(66)

Предельный ток на единице длины завесы определяется по формуле

(67)

Заданная разность потенциалов допустима, если I0 >= I.

Расход электроэнергии на электроосушение подсчитывается по формуле

W = 24PT, кВт·ч, (68)

где T - продолжительность работы установки, сут.

Расход электроэнергии водопонизительных установок определяется по формуле

Wн = 24PнT, кВт·ч, (69)

где Pн - установленная мощность одновременно работающих водопонизительных установок, кВт.

Пример 10. Определить мощность генератора постоянного тока, силу тока и расход электроэнергии при работе сроком 1 мес. Периметр котлована 100 м; глубина электродов l = 600 см; расстояние между электродами a = 120 см; расстояние между рядами электродов b = 80 см; радиус электрода r = 2,5 см; удельное электрическое сопротивление грунта ; схема - ортогональная.

Определяем число пар электродов

Определяем общее сопротивление системы электродов по формуле (64):

Мощность генератора постоянного электрического тока при разности потенциалов 40 В определяем по формуле (65):

Ток на единицу длины завесы определяем по формуле (66):

Предельный ток на единицу длины завесы определяем по формуле (67):

Получили I чуть больше I0. Следовательно, в работе разность потенциалов должна быть немного понижена.

Расход электроэнергии за сутки на электроосмос по формуле (68): W = 24·51·1 = 1224 кВт·ч.

На 83 иглофильтра достаточна установка ЛИУ-6 мощностью 5,5 кВт. Расход электроэнергии за сутки составит: W = 24·5,5·1 = 132 кВт·ч/сут.

Общий суточный расход энергии: Wо = 1224 + 132 = 1356 кВт·ч/сут.

При работе сроком 1 мес вместе с временем активного осушения расход электроэнергии на работу насосов по формуле (69): Wн = 1356·30 = 40680 кВт·ч.

4.80 (4.18). Всасывающие трубопроводы, насосы иглофильтровых установок, циркуляционные резервуары и водосборные лотки следует размещать по возможности на низких отметках. Для водопонизительных устройств, размещаемых в пределах откосов, должны предусматриваться площадки и бермы.

Вакуумные концентрические скважины должны располагаться таким образом, чтобы во избежание прорыва атмосферного воздуха в них через грунт минимальное расстояние от фильтровой части скважины до поверхности грунта составляло не менее 3 м.

4.81. Насосы и насосные станции установок иглофильтровых, УВВ и эжекторных иглофильтров следует размещать в середине той секции коллекторов, которую они обслуживают. Насосные агрегаты УВВ-2, кроме того, должны размещаться на наиболее высоких отметках участка (или площадки) размещения установки (для облегчения откачки воздуха).

4.82 (4.19). Водосборники и водоотводящие канавы для открытого водоотлива, как правило, следует располагать за пределами основания сооружения. В стесненных условиях, когда неизбежно расположение водосборников в пределах основания, они должны быть надежно укреплены. Фильтрующие стенки и дно водосборников должны быть защищены от размыва. Ширина водоотводящих канав по дну должна быть не менее 0,3 м, а уклон должен быть от 0,002 до 0,005. Откосы и дно водоотводящих канав в оплывающих грунтах следует укреплять.

При невозможности сброса воды в существующие водостоки или естественные водоемы за пределами зоны влияния водопонизительной системы должны быть предусмотрены пруды-накопители.

4.83. Вода из канавок в котловане, как правило, поступает в водосборники или в один водосборник, если удается всю воду свести к одной точке. В них вода откачивается насосами или отводится самотеком за пределы зоны влияния водопонижения, т.е. за пределы зоны, откуда она может активно поступать снова к котловану.

Водосборники предназначены также для временной аккумуляции ливневых и талых вод, образующихся на территории самого котлована (поверхностные воды территории, окружающей котлован, должны перехватываться нагорными канавами).

Емкость поверхностных водосборников (зумпфов) и их размеры назначаются (с учетом возможных последствий их переполнения и в зависимости от величины притока грунтовых вод) в пределах 5 - 20-минутного нормального притока к ним. При содержании крупных котлованов и разработке карьеров существенное значение приобретают атмосферные осадки. В этих случаях, если частичное затопление котлована допустить нельзя, размеры водосборника зависят от разности между объемом ливневых (талых) вод, поступающих с территории котлована, вместе с нормальным притоком грунтовых вод и объемом отводимой от водосборника воды за расчетный интервал времени.

В качестве расчетного принимается неблагоприятный интервал времени, дающий наибольший объем водосборника при заданной обеспеченности.

При больших размерах котлованов расчетная емкость водосборника может оказаться весьма значительной. В связи с этим требование полной незатопляемости котлована должно быть соответственно рассмотрено и обосновано, так как может привести к завышенным затратам.

Если применяются системы водопонижения с подземными горными выработками и подземными насосными станциями, то их размеры (в том числе и подземных водосборников), устройство и содержание должны отвечать соответствующим правилам ведения горных работ и эксплуатации подземных сооружений.

4.84. Водоотвод от насосных установок до точки сброса можно выполнять в открытых канавах или с использованием напорных и безнапорных трубопроводов.

Сечение всех водоотводящих устройств, в том числе и открытых канав, и их уклоны назначаются по расчету из условия пропуска максимальных расходов откачиваемых вод и обеспечения неразмывающих и незаиляющих скоростей движения воды в них. Желательно принимать уклон канав не менее 0,3%. Если такой уклон не удается выдержать и имеется опасность заиления канавы, то перед ней следует устраивать отстойник. При больших скоростях движения воды в канаве откосы и дно ее должны быть соответственно укреплены. Предельные допускаемые скорости движения воды в открытых незакрепленных канавах принимаются по табл. 31.

Таблица 31

Самотечные водоводы - каналы, лотки и трубопроводы - обычно устраиваются с уклоном в пределах 0,002 - 0,005.

Открытые канавы просты в осуществлении, но их содержание требует значительных затрат. Поэтому во многих случаях (особенно при длительном содержании водоотводящей сети) целесообразнее применение для отвода воды лотков и труб.

В проектах водоотводящих устройств должны предусматриваться соответствующие сооружения на пересечениях с дорогами и коммуникациями и приборы или приспособления (например, мерные водосливы) для измерения расходов откачиваемой воды.

Трубопроводы могут прокладываться под землей, на земле, на эстакадах или насыпях и должны иметь ревизии для их осмотра и чистки.

При ограничениях по сбросу воды в существующие водотоки или водоемы, например при повышенной минерализации вод и устройстве в связи с этим пруда-накопителя, откачиваемая вода, по согласованию с санэпидстанцией, после соответствующей химобработки или при наступлении паводка может быть сброшена в речную сеть.

В тех случаях, когда по санитарным требованиям сброс откачиваемой воды в речную сеть совершенно недопустим, может потребоваться организация специальных прудов-испарителей, площадь которых обеспечивает естественное испарение с их поверхности всего объема откачиваемой воды.

4.85 (4.20). Резерв водопонизительных скважин, оборудованных насосами, должен составлять не более 20% расчетного количества скважин водопонизительной системы. Для систем крупных объектов количество резервных скважин может быть уточнено проектом.

Водопонизительные системы, применяемые для предотвращения прорыва водоупорных слоев, должны быть обеспечены резервными самоизливающимися скважинами, пробуренными со дна котлована.

4.86. Резервные водопонизительные скважины назначаются сверх числа, принятого на основании расчетов, произведенных с учетом всех гидрогеологических особенностей и условий производства работ на площадке строительства. При полном развитии системы осушения резервные водопонизительные скважины должны быть в полной готовности к немедленному включению. В дальнейшем они используются так же, как и другие (рабочие) скважины взамен аварийных и находящихся в плановом ремонте. Местоположение резервных скважин, так же как и скважин, принятых на основании расчетов, должно устанавливаться в проекте и может быть уточнено в процессе производства работ, если по данным наблюдений выявится целесообразность в этом. При поэтапном выполнении работ резервные скважины должны выполняться на последнем этапе, после подтверждения на предыдущих этапах необходимости в них и уточнения их местоположения.

В определенных случаях, например, когда ожидается, что в процессе бурения основных водопонизительных скважин можно будет выявить участки распространения наиболее водообильных грунтов или участки, требующие уточнения конструкций скважин и др., по усмотрению проектной организации, местоположение резервных водопонизительных скважин и сроки выполнения можно не фиксировать в проекте, а устанавливать в процессе производства работ по мере выявления необходимости в этом.

Если для отдельных крупных и ответственных объектов потребуется большое число резервных скважин, то такое решение должно быть соответственно обосновано в проекте и утверждено инстанцией, утверждающей проект.

К числу обстоятельств, которые могут повлечь за собой требования о дополнительном резерве, относятся сложные гидрогеологические условия, недостаточное соответствие имеющегося оборудования природной обстановке, условия безопасности работ (например, при разработке горных выработок), возможность существенного материального ущерба в случае снижения интенсивности водопонижения и т.п.

Резервные самоизливающиеся скважины следует применять в системах, предназначенных для снятия избыточного напора грунтовых вод и работающих с принудительным водоотливом (скважины, колодцы, иглофильтровые установки), так как в водоносных слоях, содержащих напорные воды при остановке откачки, уровень устанавливается очень быстро. При нормальной работе водопонизительной системы самоизливающиеся скважины могут и не функционировать, но при аварийных ситуациях (внезапное отключение электроэнергии или выход из строя какой-либо группы водопонизительных устройств по другим причинам) они могут защитить котлован от быстрого подъема уровня напорных вод и нарушения вследствие этого основания.

Число самоизливающихся скважин назначается по расчету с использованием вышеприведенных расчетных формул для условий стояния воды в скважинах вровень с отметкой дна котлована и с учетом гидравлических потерь напора в них.

Скважины, предназначенные для работы в качестве самоизливающихся (при аварийных ситуациях), должны поддерживаться все время в работоспособном состоянии.

При длительном простое (без излива) самоизливающихся скважин целесообразно производить периодическую прокачку их с помощью эрлифта.

За состояние всех водопонизительных скважин, особенно не имеющих надземных устройств (самоизливающихся, сквозных фильтров, водопоглощающих), должно отвечать персонально какое-то лицо (ИТР). Скважины должны быть ограждены от возможных повреждений механизмами и от попадания в устье сверху посторонних предметов.

4.87 (4.21). В насосных станциях открытого водоотлива должны устанавливаться резервные насосы в количестве 50% числа работающих при их числе более одного и 100% - при одном работающем насосе.

4.88. Следует стремиться к тому, чтобы на каждой насосной станции насосы были одного типа как рабочие, так и резервные. Установка разнородных по производительности (и другим параметрам) агрегатов на одной насосной станции не рекомендуется.

Аналогичные требования в части резерва насосного оборудования предъявляются к насосным станциям иглофильтровых установок.

Резерв в 50% (т.е. такой, при котором на каждые два работающих агрегата будет приходиться один резервный) допустим в одноярусных многосекционных установках при парном (на насосных станциях) расположении рабочих агрегатов, а также во всех ярусах многоярусных установок.

В односекционных установках резерв в насосном оборудовании должен составлять 100%.

4.89 (4.22). Для объектов, где прекращение откачки воды может нарушить безопасное производство работ, следует предусматривать два независимых источника электроснабжения водопонизительной системы.

4.90. В зависимости от допустимой продолжительности остановки водопонизительных установок включение резервного источника питания должно предусматриваться ручным или автоматическим способом.

При автоматическом включении резервного источника питания рекомендуется применять типовые станции включения резерва.

Резервирование электропитания осуществляется подводкой двух питающих кабелей (рабочего и резервного) с низкой стороны подстанции. Питание может производиться от одной подстанции, если она оборудована АВР (автоматическое включение резерва), имеет не менее двух силовых трансформаторов достаточной мощности, а с высокой стороны - не менее двух независимых вводов. Если все эти условия на одной подстанции не соблюдаются, то питание системы водопонижения должно производиться от двух подстанций с питанием от разных источников.

В отдельных случаях резервирование питания возможно обеспечить установкой дизельных передвижных или стационарных электростанций необходимой мощности или других источников электроэнергии.

Данный вопрос в каждом конкретном случае решается на основе оценки всей обстановки в целом.

4.91 (4.23). До начала работ по водопонижению необходимо обследовать техническое состояние зданий и сооружений, находящихся в зоне работ, уточнить состояние существующих подземных коммуникаций и произвести расчистку и планировку участков расположения водопонизительных и водоотводящих устройств.

4.92. Обследование зданий, сооружений и подземного хозяйства должно быть направлено к тому, чтобы получить сведения, необходимые для принятия решения о мерах по обеспечению сохранности всех промышленных и гражданских объектов в зоне водопонизительных работ в процессе их производства. Надлежащее внимание должно быть уделено и объектам водоснабжения, питающимся грунтовыми водами, уровень которых предполагается понизить.

Одновременно необходимо получить согласие и разрешение соответствующих организаций местных Советов депутатов трудящихся на производство буровых и водопонизительных работ.

Перед обследованием следует предварительно ознакомиться с проектной и исполнительной документацией по сооружениям в зоне работ. В отдельных случаях могут потребоваться специальные работы для уточнения трасс сетей, некоторых элементов конструкций каких-либо ответственных или ценных в культурно-историческом отношении зданий и сооружений (например, шурфовочные и обмерные работы и т.п.).

Указанные обследования и получение разрешения на производство работ лежит на обязанности основного заказчика, но программа необходимых обследований должна согласовываться проектной организацией, которая обязана при этом учитывать возможные последствия предстоящих водопонизительных работ.

Проектные организации после окончания указанных выше работ уточняют оценку влияния будущего водопонижения на окружающие объекты и предусматривают в проекте соответствующие мероприятия по защите сооружений и наблюдению за ними, а также специальные мероприятия по обеспечению водоснабжения отдельных объектов, если в результате водопонижения оно может быть нарушено. Объемы и стоимость этих работ должны быть учтены в проекте и согласованы с заказчиком. Указанная работа по обследованию зданий и сооружений необходима и для оценки правильности выбора трасс водопонизительных установок, ЛЭП, водоотводов и т.п.

При этом должны соблюдаться действующие правила техники безопасности, в частности:

правила бурения и прокладки трубопроводов вблизи существующих кабелей и трубопроводов, проложенных в земле;

безопасное приближение буровых установок с высокими мачтами к воздушным ЛЭП и др.

Производство планировочных работ и расчистки территории (от леса, мусора и т.п.) должно обеспечить возможность свободного применения предусмотренных машин, механизмов и транспортных средств вдоль всех трасс водопонизительных систем.

4.93 (4.24). В процессе водопонижения должно обеспечиваться оперативное регулирование режима работы водопонизительной системы путем полного, частичного или периодического отключения насосных агрегатов по мере уменьшения расхода откачиваемой воды. Водопонизительные системы следует снабжать устройствами, обеспечивающими сигнализацию на диспетчерский пункт и автоматическое отключение любого агрегата.

4.94. Отключение части насосов требуется, когда имеет место постоянное или временное сокращение размеров притока грунтовых вод с более или менее длительной продолжительностью периода работы водопонизительной системы с сокращенным дебитом.

Приток снижается на каждом этапе по мере развития депрессионной воронки, потом он может вновь возрасти, когда для последующего этапа понадобится расширить или углубить водопонижение. Снижение притоков может происходить и при уменьшении питания, например в засушливое время года, при снижении уровней воды в реках и т.п.

При кратковременных колебаниях размеров притока регулирование работы насосов должно производиться с помощью задвижек. С этой целью следует предусмотреть автоматическое регулирование подачи (расхода) насосов. Для этого они должны быть оборудованы на поверхности задвижками с электрическим приводом, которые могут автоматически приводиться в действие в зависимости от неравномерности (пульсации) работы насоса, т.е. от давления или скорости выбрасываемой насосом струи воды. При этом автоматика должна обеспечить максимально возможную для данной скважины равномерную подачу насоса.

При большом числе насосных агрегатов, требующих обслуживания, следует оборудовать их системами автоматизации, сигнализации и дистанционного управления. В частности, должно быть предусмотрено автоматическое включение и отключение насосов в зависимости от уровня воды в водосборниках, приямках, скважинах, оборудованных глубинными насосами, горных выработках и прочих пунктах, откуда производится отбор воды насосами или где фиксируются уровни, важные для устойчивости котлована. Для этого в требуемых местах на нескольких уровнях устанавливаются датчики, включающие и отключающие рабочие и резервные насосы в зависимости от подъема или снижения уровня воды в соответствующем водосборнике, приямке и т.д. Наиболее высокий допустимый уровень в каждой точке носит наименование "аварийного", при этом уровне при необходимости должны включаться и резервные насосы.

Система автоматизации, кроме указанного выше, должна включать защиту насосных агрегатов от токов короткого замыкания и перегрузок, от внезапного отключения энергопитания (максимальная и минимальная защита); защиту от перегрева электродвигателей и подшипников насосов; защиту от прекращения подачи воды (на напорной стороне насоса) при нормальной работе электродвигателя.

Система автоматизации должна быть дополнена системой сигнализации (световой или звуковой). На диспетчерский пункт выводятся сигналы нормальной работы каждого агрегата (насосы и электродвигатели); аварийного отключения агрегата; наиболее важных уровней воды, особенно аварийных - в нескольких точках котлована.

При возможности следует предусматривать местное и дистанционное (с диспетчерского пункта) включение и отключение насосных агрегатов.

4.95 (4.25). При бурении скважин и последующей установке в них фильтров следует учитывать требования:

а) бурение скважин ударно-канатным способом необходимо вести так, чтобы низ обсадной трубы опережал уровень разрабатываемого забоя не менее чем на 0,5 м, а подъем буровой желонки должен производиться со скоростью, исключающей подсасывание грунта через нижний конец обсадной трубы; при проходке грунтов, в которых возможно образование пробок, в полости обсадной трубы необходимо поддерживать уровень воды, превышающий статический уровень грунтовых вод;

б) отклонение от вертикали скважин, предназначенных для установки глубинных насосов с трансмиссионным валом, не должно превышать 0,005 от глубины скважины;

в) бурение водопонизительных скважин с глинистой промывкой допускается, если перед этим на площадке опытным путем будет установлена эффективность их разглинизации;

г) перед опусканием фильтров и извлечением обсадных труб скважины должны быть очищены от бурового шлама; в скважинах, пробуренных в супесях или в песках со значительным содержанием глинистых частиц, а также в переслаивающихся водоносных и водоупорных слоях внутренняя полость обсадной трубы должна быть промыта водой; контрольный замер глубины скважины должен производиться непосредственно перед установкой фильтра;

д) при бурении скважин должны отбираться пробы для уточнения границ водоносных слоев и зернового состава грунтов.

4.96 Для устройства водопонизительных и наблюдательных скважин применяются:

ударное (в основном ударно-канатное) бурение станками УКС-22М, УКС-30М, УГБ-50А, УГБХd-150 и др.: в нескальных грунтах на глубину до 100 - 150 м и на большую глубину - в скальных грунтах; при очистке забоя желонкой допускается добавлять в скважину жирную пластичную глину, если она не вызывает глинизации водоносного слоя; в нескальных грунтах возможно использование грейферного бурения;

вращательное колонковое бурение с промывкой чистой водой или продувкой воздухом станками ЗИФ-300, ЗИФ-600, ЗИФ-1200, УГБ-50А, УГБХ-150М и др. для скважин в скальных грунтах диаметром до 200 мм. При колонковом бурении может быть допущена глинистая промывка: при бурении перекрывающих слоев, в которых водопонижение не требуется, для наблюдательных скважин и для водопонизительных скважин, когда опытным путем доказана возможность эффективной разглинизации. Проведение разглинизации (с помощью откачек, свабирования и др.) после бурения наблюдательных и водопонизительных скважин с глинистой промывкой обязательно;

вращательное бурение сплошным забоем с механической подачей разрушенной породы на поверхность (шнековое бурение) станками УГБ-50А, УГБХ-150 и др. для скважин глубиной до 50 - 70 м при отсутствии твердых прослоев, валунов, вязких и липких глинистых грунтов;

вращательное бурение сплошным забоем с промывкой или продувкой воздухом с вращателем на поверхности (роторное бурение) станками УРБ-3АМ, УРБ-3А2, 1БА-15В, УБВ-600, БУ-75Бр, "Уралмаш-125" и др.;

с прямой промывкой глинистым раствором для бурения наблюдательных скважин и для водопонизительных скважин диаметром до 500 мм при бурении по перекрывающим слоям и когда опытным путем подтверждена возможность достаточно эффективной разглинизации и с обязательным ее выполнением в зоне установки фильтра как водопонизительных, так и наблюдательных скважин; применяемый глинистый раствор должен соответствовать свойствам разрабатываемых грунтов;

с промывкой чистой водой или продувкой воздухом - в устойчивых грунтах;

с обратной промывкой чистой водой (всасывающее бурение) для скважин глубиной до 300 м и диаметром до 1000 мм и более при отсутствии включений валунов, больших скоплений крупной гальки и при залегании уровня грунтовых вод на глубине 3 м и ниже от поверхности земли;

вращательное бурение с вращателем у забоя (реактивно-турбинное бурение) с использованием станков УБВ-600, БУ-75Бр, "Уралмаш-125" и др. для глубоких (более 100 м) скважин большого диаметра (более 500 мм).

При бурении с промывкой в набухающих грунтах должны применяться специальные реагенты, препятствующие набуханию; в крепких грунтах к промывочной жидкости следует добавлять понизители твердости.

В соответствующих условиях вышеуказанные способы могут применяться и в различных сочетаниях.

Диаметр бурения под фильтровую колонну принимается по наружному диаметру предусмотренной проектом фильтрующей обсыпки. При применении фильтров без обсыпки диаметр бурения должен быть больше диаметра фильтра на 50 - 100 мм.

В процессе бурения скважин следует отбирать образцы и определять зерновой состав грунтов, уточнять литологический разрез в месте скважины, а при бурении без крепления выполнять электрокаротаж для уточнения интервалов установки фильтров.

В неустойчивых грунтах скважины при бурении должны закрепляться обсадными трубами. В телескопическом креплении скважин предусматриваются следующие колонны обсадных труб: шахтовое направление, кондуктор, технические колонны. Нижняя часть каждой колонны оборудуется короткой утолщенной трубой (0,4 - 0,5 м) с коническим срезом (башмаком).

При ударном бурении в неустойчивых грунтах крепление скважин должно производиться одновременно с разработкой грунта, при этом башмак обсадной колонны должен опережать забой скважины не менее чем на 0,5 м.

При опускании в незакрепленную скважину колонны обсадных труб зазор между ними и грунтом в зависимости от геологического разреза, типоразмеров породоразрушающего инструмента, высоты незакрепленного участка скважины и способа цементирования затрубного пространства (при необходимости в нем) принимается:

    а) при диаметре труб до 700 мм    -  25 - 100 мм;
    б) то же,            более 700 мм - 100 - 150 мм.

Для крепления скважин применяются трубы стальные обсадные (ГОСТ 632-64*, ГОСТ 6238-52*) или электросварные трубы (ГОСТ 10704-63*, ГОСТ 8696-74).

В случае применения вращательного бурения для наблюдательных скважин возможно их закрепление в неустойчивых грунтах непосредственно фильтровой колонной, оборудованной наконечником с шаровым клапаном. Сразу после опускания такой колонны производится разглинизация скважины путем обратной промывки через шаровой клапан одновременно с устройством гравийной обсыпки.

Колонны обсадных труб для временного закрепления стенок скважины, не предусмотренные для периода ее работы в водопонизительной системе, должны извлекаться. В колоннах обсадных труб, предусмотренных проектом к оставлению в грунте на период эксплуатации скважины, должна извлекаться их свободная часть, при этом верхний обрез обсадной трубы, остающейся в скважине, должен находиться выше башмака предыдущей колонны не менее чем на 3 м при глубине скважины до 50 м и не менее чем на 5 м при большей глубине скважины; кольцевой зазор между оставшейся частью колонны и предыдущей колонной обсадных труб должен быть зацементирован (так же как и все затрубное пространство остающейся трубы) или заделан сальником.

Цементирование затрубного пространства остающихся в грунте обсадных труб при вращательном бурении производится при помощи центрального става бурильных труб с цементировочной головкой или через заливочные трубки, опущенные в затрубное пространство.

Для цементирования применяется тампонажный цемент (ГОСТ 1581-63) удельным весом от 3,05 до 3,20 г/см3.

Водоцементное отношение (В/Ц) цементных растворов принимается в пределах 0,4 — 0,5. Для ускорения схватывания цементного раствора применяются добавки специальных ускорителей в количестве 1 — 2% массы сухого цемента.

В случае агрессивности подземных вод по отношению к цементному камню для цементирования обсадных колонн применяются специальные химически стойкие цементы.

При значительных объемах работ приготовление цементного раствора и цементирование обсадных колонн предусматривается с помощью цементно-смесительных машин и цементировочных агрегатов, а при небольших объемах с помощью глиномешалок и насосов буровых установок.

Для оборудования устья водопонизительных скважин предусматривается превышение верхней части обсадных труб над поверхностью площадки не менее чем на 500 мм, на которых монтируется оголовок.

Выбор способа бурения, буровой установки и временного крепления скважины производятся с учетом вышеприведенных указаний и в зависимости от местных гидрогеологических условий и требований проекта.

4.97 (4.26). При погружении в грунт фильтров или обсадных труб подмывом должна обеспечиваться непрерывность подачи воды, а при наличии грунтов, сильно поглощающих воду, следует дополнительно подавать в забой сжатый воздух.

Иглофильтры, как правило, должны погружаться гидравлическим способом, за исключением случаев наличия прослоек плотных грунтов или включений, не допускающих подмыва, когда иглофильтры устанавливаются в скважины, пробуренные механическим способом.

4.98. Гидравлическое погружение в грунт обсадных и непосредственно фильтровых колонн применяется в песках, в том числе и в гравелистых, и в супесях.

Эффективность подмыва в сильно поглощающих воду гравелистых грунтах увеличивается, если к воде, размывающей грунт, добавлять сжатый воздух.

Область применения подмыва расширяется, если оборудовать погружаемую колонну дробящим грунт наконечником и сочетать подмыв с ударным и вращательным действием (путем подъема, свободного опускания и вращения труб). В этом случае возможно проходить и более тяжелые глинистые грунты.

Еще более эффективно сочетание подмыва с вибрационным действием. Вибропогружение возможно сочетать с удалением грунта из полости погружаемой колонны с помощью эрлифта.

Гидравлическое погружение иглофильтров применяют в любых песках от мелкозернистых до крупнозернистых и гравелистых.

При наличии гравелистых прослоек, сильно поглощающих воду, к трубе, по которой подается вода для размыва грунта, присоединяют шланг для подачи от компрессора сжатого воздуха.

Перед погружением иглофильтр устанавливают вертикально. При длине иглофильтра до 5 м его установку можно производить вручную, при длине более 5 м — с помощью крана. Для лучшей промывки затрубного пространства рекомендуется периодически несколько замедлять погружение иглофильтра, придерживая его на весу.

Контроль за установкой фильтра осуществляется путем наблюдений за выносимым из устья скважины грунтом и скоростью погружения иглофильтра.

При гидравлическом погружении иглофильтров и необходимости устройства обсыпки разработанную подмывом каверну вокруг иглофильтра, установленного на проектной глубине, промывают в течение нескольких минут. Затем расход воды резко сокращают, не прекращая полностью ее подачи, и в затрубный зазор равномерно засыпают песчано-гравийную смесь.

Если таким способом выполнить обсыпку не удается, то возможно предварительно опускать в грунт также гидравлическим способом глухую обсадную трубу диаметром не менее 150 мм. В эту трубу опускают собранный иглофильтр, кольцевое пространство между трубой и иглофильтром постепенно заполняют обсыпкой, а затем трубу извлекают.

Для проверки качества установленных иглофильтров в них наливают воду и наблюдают за скоростью снижения столба воды. Иглофильтры, уровень воды в которых не понижается, следует извлечь, промыть и погрузить в грунт.

4.99. Горизонтальные лучевые скважины выполняют путем вдавливания при помощи гидродомкратов (допускается с вращением) звеньев фильтровых или обсадных труб с одновременным удалением грунта из забойной части скважины. Грунт в виде шлама поступает в отверстия буровой головки, которой оборудуется первое звено труб. Помимо этого способа могут применяться вращательные, виброударные и другие виды бурения.

Звенья труб лучевых скважин соединяются между собой при помощи сварки, резьбы или захватов (щеколд). Длина звеньев труб может колебаться от 0,5 до 2,5 м, диаметр — от 50 до 300 мм.

Устройство горизонтальных скважин путем вдавливания в грунт фильтров (рис. 65, а) применяется преимущественно в разнозернистых песчано-галечных грунтах крупностью 0,5 <= D60 <= 50 мм. При этом фильтровые трубы подбираются с учетом их прочности, которая должна быть достаточной для восприятия усилия от домкратов.

Рис. 65. Схемы устройства горизонтальных скважин

а — вдавливание фильтра с удалением грунта перед забоем под действием гидростатического напора; б — то же, с применением обсадных труб; в — вдавливание фильтра под защитой обсадных труб с размывом грунта на забое и устройством песчано-гравийной обсыпки гидравлическим способом; г — вдавливание фильтра с толстостенной трубой при размыве грунта в забое; 1 — фильтр; 2 — трубы для транспортировки размываемого грунта на забое скважины; 3 — обсадная труба; 4 — труба для гидроразмыва грунта; 5 — песчано-гравийная масса; 6 — толстостенная труба

Выполнение горизонтальных скважин с использованием обсадных труб (рис. 65, б) применяется в мелкозернистых песчаных, супесчаных и суглинистых грунтах. После обсадки скважины и установки фильтров обсадные трубы извлекаются. Этот способ дает возможность в соответствии с тем или иным составом грунта использовать разнообразные фильтры: тонкостенные стальные, в том числе с антикоррозионным покрытием, пластмассовые, асбестоцементные, гончарные, песчано-гравийные, из пористых материалов и т.д. Одной из модификаций данного метода является устройство песчано-гравийного фильтра путем намыва песчано-гравийной массы в кольцевое пространство между обсадной и фильтровой трубами (рис. 65, в).

Для удаления грунта от забоя горизонтальной скважины при погружении фильтровой колонны внутри нее устанавливается труба, по которой разжиженный грунт стекает в шахтный колодец, откуда он в последующем удаляется.

Возможно вдавливание в грунт толстостенной сплошной трубы, установленной внутри фильтровой (рис. 65, г), при этом внутренняя полость скважины используется для транспортировки грунта.

При устройстве скважины может быть использован подмыв путем подачи в забой по специальной трубе воды под давлением. Гидропогружение может применяться и как самостоятельный метод устройства горизонтальных скважин (см. рис. 35).

4.100 (4.27). Фильтры водопонизительных скважин должны отвечать следующим требованиям:

а) сетка или просечной лист фильтра не должны иметь оборванных нитей, неплотных стыков и просечек недопустимых размеров; в проволочной обмотке должны быть строго выдержаны зазоры между витками спирали; фильтры из профилированной ленты не должны иметь деформаций цилиндрической поверхности и нарушений «замка» между витками; пористые блоки фильтров не должны иметь трещин и повреждений краев;

б) фильтры, предназначенные для установки в предварительно пробуренные скважины, должны быть оборудованы фонарями для центровки фильтровой колонны относительно обсадной трубы, а применяемые при откачке грунтовой воды с агрессивными свойствами должны иметь антикоррозионные покрытия;

в) трубы фильтровых и надфильтровых звеньев, а также всасывающих и напорных коммуникаций не должны иметь на внутренней поверхности наплывов или заусенцев;

г) если водопонизительная скважина прорезает несколько осушаемых водоносных слоев, то фильтры должны предусматриваться в каждом из них.

4.101. Фильтры водопонизительных скважин должны по возможности дольше обеспечивать поступление воды в скважины и защиту их внутренних полостей от попадания грунта.

Выбор конструкций фильтров следует производить с учетом грунтовых условий и химической характеристики грунтовых вод, глубины установки фильтра и продолжительности работы водопонизительной системы.

Как правило, должны применяться фильтры, изготовленные в заводских условиях из химически стойких материалов, либо с антикоррозионными покрытиями. Они выполняются в основном из стальных и пластмассовых труб с отверстиями различной формы (щелевыми, круглыми), с дополнительной проволочной обмоткой (рис. 66, а), с просечным листом, сеткой или без них.

Рис. 66. Конструкции фильтров водопонизительных скважин

а — трубчатый с проволочной обмоткой; б — из просечного листа с отверстиями типа «мост» (общий вид фильтра и конструкция листа с отверстиями); в — гравийно-пластмассовый; г — кожуховый фильтр с песчано-гравийной обсыпкой; 1 — проволочная обмотка; 2 — опорные стержни; 3 — перфорированная труба; 4 — кольца фильтра; 5 — отстойник; 6 — прокладки; 7 — стяжной болт; 8 — сетка панцирная; 9 — песчано-гравийная обсыпка; 10 — стальные обручи для крепления сетки; 11 — штыри для крепления сетки

Сетчатые фильтры применяют для всех видов иглофильтров, и их целесообразно применять для скважин с небольшим сроком службы. Сетки для фильтров применяют металлические (латунные или из нержавеющей стали), капроновые, а также из стекловолокна (для наблюдательных скважин).

В скважинах, в которых насос не устанавливается или устанавливается выше фильтра, возможно применение каркасно-стержневых фильтров в виде сварной конструкции с горизонтальными опорными кольцами и вертикальными стержнями с проволочной обмоткой или нержавеющим просечным листом. Отверстия в просечном листе выполняют с козырьками или типа «мост» (рис. 66, б).

Возможно применение фильтров гравитационного типа (рис. 66, в), а также блочных — из пористых камнеподобных материалов (керамики, пористого бетона, гравийно-клеевых блоков). Блочные фильтры имеют ограниченное применение из-за затруднений при производстве работ.

При невозможности получения фильтров заводского изготовления организация, проектирующая водопонижение, должна выдавать на них рабочие чертежи.

В устойчивых скальных грунтах, когда нет опасения выноса грунтового материала в скважину и в ней не устанавливается насос, ее можно эксплуатировать без всякого крепления и фильтра. При необходимости в этих же условиях установки насоса в скважине последняя должна быть закреплена перфорированной трубой. При опасности выноса через трещины мелкого материала в скважину в ней следует устанавливать соответствующий фильтр и в пределах скальных грунтов. При возможности вывалов только крупных обломков фильтром может служить также перфорированная труба.

Фильтры вышеупомянутых конструкций в разных гидрогеологических условиях могут применяться с песчано-гравийной обсыпкой и без нее. Обсыпка выполняется однослойной или двухслойной.

Однослойная песчано-гравийная обсыпка, как правило, устраивается после установки фильтра в скважине.

В мелкозернистых грунтах, когда требуется двухслойная обсыпка, а также при напорных водах, когда устройство обсыпки в скважине затруднительно, могут быть применены фильтры с гравийной обсыпкой, погружаемой в скважину вместе с каркасом.

В этом случае гравийная обсыпка помещается в специальных полостях конструкции каркаса. Сюда относятся корзинчатые фильтры, в которых гравий находится в специальных корзинах, укрепленных на перфорированных трубах; кожуховые фильтры (рис. 66, г), в которых гравий находится в специальных кожухах из проницаемого материала: сетки, металлические стержни (применяются при двухслойных фильтрах и для напорных вод). Кожухи также закреплены на перфорированных трубах. Второй наружный слой обсыпки, когда он требуется, выполняется после установки фильтра в скважине.

4.102 (4.28). При установке фильтров в предварительно пробуренные скважины в нескальных грунтах вокруг фильтровой части скважины должна устраиваться обсыпка из отсортированного и промытого песчано-гравийного материала, который не должен содержать частиц диаметром менее 0,5 мм и более 7 мм.

Состав обсыпки необходимо подбирать из условия

(70)

где D50 — диаметр частиц, мельче которых в подбираемом слое обсыпки содержится 50% по весу;

d50 — диаметр частиц, мельче которых в грунте водоносного слоя или в наружном слое обсыпки содержится 50% по весу.

Диаметр отверстий или ширина щелей фильтра должна быть не более D50 слоя обсыпки, непосредственно прилегающего к фильтру.

Толщина одного слоя обсыпки устанавливается из следующих двух условий:

(71)

где D80 — размер частиц, мельче которых в обсыпке содержится 80% по весу;

D — наружный диаметр фильтра.

Толщина обсыпки фильтров из просечного листа, проволочной обмотки, щелевых и дырчатых труб должна быть не менее 60 мм.

4.103. Песчано-гравийная обсыпка вокруг фильтровой части скважины является переходной средой между осушаемым грунтом и водоприемной частью скважины. Правильно подобранная и хорошо выполненная обсыпка скважины при прочих равных условиях:

а) обеспечивает хорошую водопроницаемость прифильтровой зоны, а следовательно, и более высокий дебит (водозахватную способность) скважины;

б) сокращает до минимума вынос частиц грунта из прифильтровой зоны (предотвращает пескование);

в) замедляет механическую и химическую кольматацию (зарастание) фильтра и грунта в прифильтровой зоне, что удлиняет срок эксплуатации скважины.

Обсыпка обязательно должна устраиваться, если водоносные слои состоят из грунтов, в которых содержание частиц размером менее 0,5 мм составляет более 50% по весу, т.е. d50 грунта меньше 0,5 мм (или если минимальный геометрический размер проходных отверстий фильтрового каркаса d превышает величину d50 грунта).

Кроме указанных условий обязательно устройство обсыпки и в тех случаях, когда нельзя допускать просадки территории вследствие выноса грунта при откачке воды из скважин, расположенных в непосредственной близости от зданий и сооружений.

Прежде чем подбирать песчано-гравийную обсыпку, необходимо определить коэффициенты фильтрации водоносных слоев и произвести тщательный гранулометрический анализ всех водоносных грунтов.

Зерновой состав обсыпки подбирают в соответствии с вышеприведенной формулой (70).

При этом для однослойных обсыпок указанная формула применяется без всяких изменений, а для двухслойных — в более подробном виде:

а) для наружного слоя обсыпки

(72)

где — диаметр частиц, мельче которых в материале наружного слоя обсыпки содержится 50% по весу;

d50 — диаметр частиц, мельче которых в водоносном грунте содержится 50% по весу;

б) для внутреннего слоя обсыпки

(73)

где — диаметр частиц, мельче которых в материале внутреннего слоя обсыпки содержится 50% по весу.

При пересечении фильтром нескольких водоносных слоев или прослоек обсыпка подбирается по наименьшему значению d50 грунта, но с соблюдением для каждого слоя D50 > d50. При очень больших различиях значений d50 грунта в разных слоях обсыпки следует подбирать различной крупности D50 по высоте фильтра.

Диаметр круглых отверстий или ширина щелей фильтровой трубы d — должны удовлетворять условию: d <= D50 — при однослойной обсыпке; — при двухслойной обсыпке.

Если не представляется возможным выполнить указанные выше требования по крупности частиц для однослойной обсыпки, то применяют двухслойную обсыпку.

Следует учитывать, что увеличение толщины слоя обсыпки по отношению к минимально допустимым влечет за собой увеличение производительности скважин и повышение устойчивости их работы во времени. При двухслойной обсыпке оказывается возможным увеличить проходные отверстия фильтровой трубы и тем самым повысить скважность фильтра.

Однако увеличение числа слоев обсыпки и толщины самой обсыпки влечет за собой существенное увеличение диаметра скважины и повышение ее стоимости. При выборе оптимального решения необходимо принимать во внимание также данные по интенсивности зарастания фильтров в сходных условиях и длительность предстоящего срока эксплуатации скважин. Решение об увеличении толщины и числа слоев обсыпки относительно минимальных значений должно быть соответственно обосновано.

Для каждого слоя обсыпки не рекомендуется применять разнородный по крупности материал. Критерием однородности материала является соблюдение следующего условия:

(74)

где U — коэффициент однородности;

D60 — диаметр частиц, мельче которых в материале данного слоя обсыпки содержится 60% по весу;

D10 — диаметр частиц, мельче которых в материале данного слоя обсыпки содержится 10% по весу.

В качестве материала для обсыпок используют:

а) природные пески и песчано-гравийные смеси, материал которых должен быть отсортирован и промыт, чтобы в нем не содержалось частиц диаметром менее 0,5 и более 7 мм;

б) щебень, каменная крошка из плотных, нерастворимых, свободных от солевых примесей изверженных пород (граниты, сиениты, диориты, габбро, порфириты, липариты, диабазы, базальты) плотностью 2,3 — 2,7 т/м3 или особо прочных осадочных пород (кремнистые известняки, хорошо сцементированные невыветрелые песчаники и пр.) плотностью не ниже 2 т/м3 при временном сопротивлении на сжатие не ниже 600 кг/см2.

4.104 (4.29). Обсыпка фильтров должна осуществляться с учетом следующих требований:

а) подача обсыпки должна производиться равномерно и непрерывно слоями высотой не более 30-кратной толщины обсыпки, после каждого очередного подъема обсадной трубы над ее низом должен оставаться слой обсыпки высотой не менее 0,5 м;

б) верхняя граница обсыпки вакуумной концентрической скважины должна располагаться не более чем на 1 м выше отметки верхней кромки фильтра, а над обсыпкой до поверхности земли должен устраиваться глиняный тампон;

в) при устройстве обсыпки иглофильтров величину расхода подмывной струи и скорость опускания иглофильтра следует подбирать таким образом, чтобы диаметр скважины по всей ее высоте составлял не менее 150 мм; при заполнении обсыпкой кольцевого зазора подача подмывной струи не должна прекращаться, а ее расход должен снижаться до величины, при которой происходит вынос только мелких и глинистых частиц; в затрубном пространстве иглофильтров на глубину не менее чем 1 м от устья скважины должен устраиваться глиняный тампон.

4.105. Устройство обсыпок может выполняться механическим или гидравлическим способами.

При исчислении расхода материала (гравия, песка) на устройство обсыпки необходимо учитывать увеличение диаметра скважины по сравнению с диаметром бурового наконечника:

при вращательном бурении — на 10%;

при ударном бурении с обсадкой — на 5%.

При устройстве гравийной обсыпки в скважинах, пробуренных с обратной промывкой и применением расширителей в фильтровой зоне, гравийную обсыпку следует устраивать гидравлическим способом (рис. 67). Объем гравийной засыпки при этом исчисляется по результатам кавернометрии (по данным каротажа) с коэффициентом на размыв при гидравлической засыпке, устанавливаемым по опытным данным.

Рис. 67. Схема устройства гидравлическим способом песчано-гравийной обсыпки скважины

1 — обсадная труба; 2 — фильтровая труба; 3 — водоподъемные трубы; 4 — воздушная труба; 5 — фильтр; 6 — песчано-гравийная обсыпка; 7 — бункер для обсыпки

4.106 (4.30). После установки фильтров скважины должны быть проверены на водопоглощение наливом воды. Если в проверяемой скважине наблюдается резкое замедление поглощения воды по сравнению с другими, то следует установить причину этого и принять меры к восстановлению работоспособности скважины.

После проверки скважин на водопоглощение необходимо немедленно произвести откачку из них грунтовой воды до полного ее осветления. При откачке воды из скважин, оборудованных эжекторными водоподъемниками, необходимо для предотвращения загрязнения циркуляционной воды откачиваемую эжектором загрязненную воду вместе с рабочей водой отводить в сторону.

4.107. Испытание на водопоглощение производится путем заполнения скважины чистой водой до устья с последующими замерами уровней воды до их стабилизации.

Откачки из скважин, не оборудованных эжекторными водоподъемниками, до осветления воды следует производить с помощью эрлифта.

4.108. Длина иглофильтра должна быть подобрана так, чтобы фильтровое звено было расположено на предусмотренной проектом отметке. При сборке должна быть обеспечена герметичность соединений звеньев труб. Перед погружением в грунт иглофильтра проверяют исправность соединений, наличие шарового клапана и целостность фильтровой сетки.

Установленные в грунт иглофильтры присоединяются к всасывающему коллектору с помощью инвентарных соединительных шлангов, имеющих на концах овальные фланцы. Резьбовые соединения уплотняются пенькой и суриком, фланцевые — резиновыми прокладками.

Длина эжекторного иглофильтра подбирается так же, как легкого иглофильтра. Аналогично и требование к герметичности всех соединений.

Установка эжекторных водоподъемников производится после погружения в грунт наружных труб иглофильтров. Трубы с эжекторным устройством на конце опускают внутрь погруженной колонны с таким расчетом, чтобы опорное кольцо опустилось на седло, а верхний конец трубы выступал на 0,75 — 1 м над верхом наружной трубы.

После установки внутренней колонны труб зазор между ней и внешней трубой уплотняется сальником. На выступающий конец внутренней трубы надевается резиновый шланг, через который вода отводится к сливному коллектору.

Перед монтажом водоподъемной части эжекторного иглофильтра должны быть проверены:

соосность насадки с диффузором;

гладкость внутренних поверхностей насадки и диффузора;

герметичность сварных швов и резьбовых соединений;

прямолинейность наружной и внутренней труб.

4.109 (4.31). При монтаже насосов всасывающих и напорных трубопроводов должна быть обеспечена герметичность всех соединений. Монтаж насосов в скважинах должен производиться после проверки скважин на проходимость шаблоном длиной 5 м и диаметром на 50 мм более диаметра насоса. Каждый насос должен быть снабжен задвижкой на изливе, а эжекторные водоподъемники — двумя пробковыми кранами (на ответвлениях от напорного трубопровода и на изливе).

Звенья труб для напорных колонн в скважинах должны очищаться и проверяться на герметичность опрессовкой при давлении воды, на 50% превышающем расчетное.

4.110. Поверхностные насосные станции размещаются во временных зданиях либо под навесами.

При размещении агрегатов в насосной станции должны быть выдержаны следующие размеры, м:

от электрощитов до выступающих частей насосных агрегатов — не менее 1,5;

между выступающими частями насосных агрегатов — не менее 1;

от насосных агрегатов до стен здания — не менее 0,8;

от фасонных частей трубопроводов до конструктивных элементов здания — не менее 0,2.

В насосных станциях с двумя и более агрегатами над трубопроводами следует устраивать пешеходные переходы.

Станции с длительным сроком эксплуатации должны быть оборудованы грузоподъемными механизмами для обслуживания и ремонта насосных агрегатов и трубопроводов.

Циркуляционные баки (для эжекторных установок) и баки для заливки насосов устанавливаются в насосных станциях на деревянные или бетонные основания. Объем циркуляционного бака должен быть не менее 4,5 м3, его конструкция и габариты назначаются по требованиям удобства транспортировки и монтажа.

До установки баков в здании насосной станции следует провести их гидравлические испытания.

При установке на станции двух и более баков они должны быть соединены трубопроводами с задвижками для использования в случае необходимости воды из них для запуска любого насоса.

Всасывающий трубопровод от насоса к баку монтируется с уклоном не менее 0,005 в сторону бака.

Для заполнения водой циркуляционных баков перед запуском водопонизительной системы к насосной станции проводится водопровод от источника водоснабжения, обеспечивающего наполнение системы и циркуляционных баков в течение не более 1 ч.

Центробежный насос для подачи рабочей воды к эжекторным иглофильтрам следует устанавливать так, чтобы ось его рабочего колеса была ниже уровня воды в циркуляционном баке.

Вход всасывающего трубопровода в циркуляционном баке необходимо защищать сеткой с общей площадью отверстий, в 3 — 4 раза превышающей площадь сечения трубы.

В насосных станциях размещаются шкафы питания и электроосвещения, щитки сигнализации и станции управления насосными агрегатами.

Для контроля работы насосных агрегатов на напорных трубопроводах устанавливаются гидравлические манометры; в установках ЛИУ и УВВ помимо этого на всасывающей стороне насосов устанавливаются вакуумметры.

Водоприемники насосных станций открытого водоотлива и циркуляционные резервуары оборудуются указателями уровня воды.

На сбросных (напорных или самотечных) трубопроводах следует устанавливать приборы для измерения расходов насосных агрегатов водопонизительных систем.

Контрольно-измерительные приборы должны подвергаться проверке и регулированию согласно ГОСТ 8.002-71 и соответствующих инструкций заводов-изготовителей.

Монтаж и демонтаж оборудования насосных станций, в том числе передвижных и скважинных, должны производиться в соответствии с инструкциями заводов-изготовителей.

До начала монтажа насосов в скважинах необходимо провести откачку воды эрлифтом для удаления шлама и промывки песчано-гравийной обсыпки. Промывку скважины можно считать законченной при содержании в откачиваемой воде не более 0,005% по весу твердых частиц грунта.

Подача воды на поверхность скважинными насосами с погружным электродвигателем осуществляется по колонне водоподъемных труб, состоящих из звеньев длиной 5 — 10 м, соединенных муфтами с конической резьбой или фланцами.

При оборудовании скважин насосами типа АТН с электродвигателем, установленным на поверхности, водоподъемная колонна монтируется из инвентарных труб, поставляемых заводом-изготовителем в комплекте с насосом.

Верхнее звено водоподъемной колонны присоединяется к опорной плите, устанавливаемой над устьем скважины на бетонном фундаменте.

Звенья трансмиссионных валов глубинных насосов перед монтажом должны проверяться на биение, величина которого в середине проверяемого звена не должна превышать 0,2 мм. Соосность напорных труб и вала после монтажа каждого звена контролируется шаблоном. Легкость вращения вала может быть проверена его поворотом от руки. В случае выявления при проверке «заедания» вала оно должно быть устранено.

Перед спуском в скважину погружного насоса следует проверить величину сопротивления изоляции обмотки электродвигателя, которая должна быть не менее 0,5 мОм, а после окончания монтажных работ установить отсутствие пробоя токоподводящего кабеля.

4.111. При монтаже иглофильтровой установки, применяемой для электроосушения, необходимо соединить иглофильтры (катоды) между собой арматурной сталью диаметром 10 — 12 мм (на сварке) и подключить их к минусу источника постоянного электрического тока.

Все аноды также соединяются между собой стержнями диаметром 10 — 12 мм и подключаются к плюсу источника постоянного тока через электрический щит, оборудованный амперметром и вольтметром.

Включение установки и регулирование величины тока производится с помощью реостата.

Срок службы анодов из труб с учетом их коррозии при напряжении 40 — 60 В предварительно принимается 6 мес и уточняется в процессе работ. Трубы-электроды (аноды), бывшие в употреблении, могут быть использованы вторично, если нижние их концы (сильно корродированные) отрезать, а к верхним приварить отрезки труб соответствующей длины.

Монтаж электроустановки (двигателя-генератора и распределительного щита) производится в соответствии с действующими нормативными документами на монтаж и эксплуатацию электроустановок.

4.112 (4.32). Трубопроводы водопонизительных установок должны укладываться на инвентарных опорах по спланированной поверхности:

напорный распределительный трубопровод установок типа ЭВВУ — с уклоном не менее 0,001 от насоса, а водосборный безнапорный трубопровод — с уклоном не менее 0,005 в сторону циркуляционного резервуара;

всасывающие трубопроводы установок типа ЛИУ и УВВ — с уклоном не менее 0,005 от насоса.

4.113. Распределительные и водосборные трубопроводы эжекторных иглофильтровых установок должны быть выполнены со штуцерами для подключения эжекторных иглофильтров.

Число штуцеров должно превышать число установленных иглофильтров не менее чем на 10%. Штуцера должны быть оснащены пробковыми кранами.

Звенья трубопроводов эжекторных водопонизительных установок соединяются на фланцах с резиновыми прокладками или при помощи сварки. Трубопроводы перед местом присоединения к насосу следует закреплять на опорах, чтобы при затяжке фланцев усилия не передавались на насос.

Трубопроводы монтируются на подкладках в непосредственной близости от ряда эжекторных иглофильтров. Расстояние между подкладками принимается 3 — 4 м.