Содержание
Способы водоотлива
Методы водопонижения (искусственного понижения УГВ)
Специальные методы для сложных гидрогеологических условий
Технологическая интеграция с производством земляных работ
Требования безопасности и нормативные документы
Заключение
Методы водопонижения (искусственного понижения УГВ)
Специальные методы для сложных гидрогеологических условий
Технологическая интеграция с производством земляных работ
Требования безопасности и нормативные документы
Заключение
Правильная организация водоотведения и водопонижения — обязательное условие безопасного и эффективного производства земляных работ. Водонасыщенные грунты не только создают прямую угрозу обрушения стенок траншеи, но и требуют применения специальных систем крепления, работающих при высоком УГВ. Разбираем методы водоотлива, технологии искусственного водопонижения и специальные способы для сложных гидрогеологических условий, а также требования к организации работ в соответствии с нормативными документами РФ.
Материал основан на технических каталогах SBH 2010 года, руководствах по монтажу, а также действующих сводах правил.
1. Способы водоотлива
Водоотлив (открытый водоотлив) — это откачка воды, поступающей в выработку, без искусственного понижения уровня грунтовых вод в массиве. Метод применяется при незначительном водопритоке (обычно до 10–30 м³/ч) и в грунтах с низким коэффициентом фильтрации.
Открытый водоотлив с откачкой
Организация открытого водоотлива требует устройства специальных водосборных элементов непосредственно на дне траншеи или котлована: зумпфов (приямков для насоса) и дренажных канавок.
Зумпф устраивается в пониженном месте выработки, обычно в нижнем конце разрабатываемой траншеи, с её уширением в месте зумпфа для обеспечения беспрепятственного дальнейшего выполнения работ. Минимальный габарит приямка должен составлять 1×1×1 м. Для отвода воды предусматривается дренажная канава сечением не более 0,3×0,3 м. Вместимость зумпфа принимается не менее пятиминутного притока воды к нему, а стенки зумпфа для исключения обрушения и заиливания закрепляют досками.
Применяемое оборудование:
- насосы погружные и центробежные (типа «Гном»);
- дренажные установки;
- при необходимости — система сброса воды автоцистернами или в существующую водосборную канаву.
Режим откачки. При открытом водоотливе необходимо организовать круглосуточную откачку воды из зумпфов на всём протяжении производства строительно-монтажных работ. Режим водоотлива должен поддерживать уровень воды ниже основания выработки не менее чем на 0,5 м в песчаных грунтах и не менее 1 м — в глинистых.
Ограничения метода:
- Неэффективен при значительных притоках воды.
- При высоком коэффициенте фильтрации грунта (>2–5 м/сут) открытый водоотлив не гарантирует осушения дна траншеи.
- Существует риск выноса мелких частиц грунта (суффозии) и размыва стенок выработки.
- Водоотлив не защищает стенки траншеи от потери устойчивости из-за взвешивающего действия воды.
Закрытый (глубинный) водоотлив
Если открытый водоотлив откачивает воду из выработки, то глубинный предполагает откачку воды непосредственно из грунтового массива через фильтрующие элементы (скважины, иглофильтры). Эти методы относятся уже к технологиям искусственного водопонижения.
2. Методы водопонижения (искусственного понижения УГВ)
Водопонижение — это искусственное понижение уровня грунтовых вод (УГВ) за пределами разрабатываемой выемки, тогда как водоотлив откачивает воду из самой траншеи. Основной метод — применение систем иглофильтров.
Принципиальная схема работы системы иглофильтров
Система водопонижения лёгкими иглофильтровыми установками (ЛИУ) работает следующим образом: иглофильтры погружаются в грунт по периметру будущей выемки и подключаются к вакуумному насосному агрегату. За счёт создаваемого вакуума вода из грунта поступает через фильтрующий элемент иглофильтра внутрь и откачивается в коллектор, после чего сбрасывается за пределы строительной площадки.
В результате вокруг выработки формируется депрессионная воронка — область пониженного УГВ, форма и размеры которой определяются гидрогеологическими условиями.
Условия применения иглофильтров:
- Грунты со средним и низким коэффициентом фильтрации (от 0,2 до 50 м/сут).
- Требуется локальное водопонижение на глубину до 5–7 м (для ЛИУ).
- При необходимости водопонижения до 18–20 м в грунтах с коэффициентом фильтрации 0,5–1 м/сут применяются эжекторные иглофильтры.
Расчёт депрессионной воронки
Параметры депрессионной воронки (радиус влияния, глубина понижения УГВ, приток воды) зависят от:
- Коэффициента фильтрации грунта (k, м/сут): чем выше k, тем шире депрессионная воронка и больше водоприток.
- Производительности насосного оборудования (м³/ч).
- Глубины погружения иглофильтров (обычно 6–9 м для ЛИУ, до 20 м — для эжекторных систем).
Высота всасывания для иглофильтровых установок принимается: 8,5–9 м при коэффициенте фильтрации менее 1 м/сут, и 8–8,5 м — при коэффициенте фильтрации 1–2 м/сут.
Для точного проектирования систем водопонижения используются специализированные программные комплексы, позволяющие рассчитать шаг иглофильтров, их количество, глубину погружения, время осушения котлована до целевой отметки, объёмы водопритоков и контур депрессионной воронки.
Электросушение как специализированный метод для тонкодисперсных грунтов
Глины и тяжелые суглинки с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут плохо поддаются осушению стандартными способами водопонижения. В этих случаях применяется электроосмотическое водопонижение (электросушение).
Принцип метода: через грунт между иглофильтрами (катодами) и трубами-анодами, установленными по периметру котлована, пропускается постоянный электрический ток. Возникающее явление электроосмоса вызывает движение поровой воды от анода к катоду (иглофильтру), что в комплексе с вакуумированием повышает интенсивность осушения тонкодисперсных грунтов.
Область применения — плохо отдающие воду глинистые грунты с коэффициентами фильтрации ниже 0,1 м/сут. Электросушение позволяет вскрыть котлован «насухо» в условиях, где другие методы бессильны.
3. Специальные методы для сложных гидрогеологических условий
При строительстве в водонасыщенных неустойчивых грунтах, вблизи существующих зданий или при необходимости полной гидроизоляции выработки применяются специальные методы защиты от подземных вод.
Струйная цементация (jet grouting)
Метод заключается в разрушении и одновременном перемешивании грунта с цементным раствором, подаваемым через монитор под высоким давлением (до 500–700 атм). В результате формируются грунтоцементные сваи или противофильтрационная завеса с высокой несущей способностью и водонепроницаемостью.
Применим для устройства противофильтрационных завес, опережающих экранов из стабилизированного грунта по контуру траншеи или котлована. Метод особенно эффективен при устройстве глубоких подземных сооружений для обеспечения устойчивости стенок траншей и снижения притока грунтовых вод.
Технология «стена в грунте»
Способ «стена в грунте» основан на разработке узких и глубоких траншей под защитой тиксотропного глинистого (бентонитового) раствора. Раствор оказывает избыточное гидростатическое давление на вертикальную поверхность, что удерживает стенки траншеи от обрушения. После разработки траншея заполняется бетонной смесью, сборными железобетонными конструкциями или противофильтрационными материалами.
Область применения — строительство подземных сооружений, фундаментов и противофильтрационных завес. Способ особенно ценен тем, что выполнение стен в виде замкнутого контура с заделкой их нижней части в водоупорный слой предотвращает поступление грунтовых вод внутрь сооружения, что позволяет полностью отказаться от работ по водопонижению.
Технология применима как в обводнённых, так и в не обводнённых грунтах: супесчаных и песчаных, суглинках и глинах. Возможная глубина стен — до 40 м и более, с минимальной шириной траншеи от 0,4 до 1,2 м.
Силикатизация и замораживание
Силикатизация — химический способ закрепления грунтов путем нагнетания в массив силикатных растворов (силиката натрия с отвердителем). Применяется для повышения прочности, устойчивости и водонепроницаемости песчаных и водонасыщенных грунтов с коэффициентом фильтрации от 2 до 80 м/сут:
- Двухрастворный способ (последовательное нагнетание силиката натрия и хлористого кальция) — для средне- и крупнозернистых песков.
- Однорастворный способ — для мелких песков и лёссовых грунтов (соль грунта выполняет роль отвердителя).
Искусственное замораживание грунтов — создание ледогрунтового ограждения путём циркуляции хладагента через замораживающие колонки, погруженные в грунт по периметру выработки. Метод даёт практически водонепроницаемый и прочный защитный экран и применим в любых водонасыщенных грунтах. В своде правил СП 45.13330.2017 замораживанию посвящён отдельный раздел 19.
4. Технологическая интеграция с производством земляных работ
Очерёдность работ
Разработку траншей в водонасыщенных грунтах с высоким уровнем грунтовых вод (выше дна выемки) следует начинать с пониженных мест для осуществления мероприятий по водопонижению. Водопонижение должно предшествовать основным земляным работам, чтобы обеспечить осушение забоя до начала выемки грунта.
Обустройство водосборных приямков (зумпфов) на дне выработки
Зумпф устраивается в нижнем конце разрабатываемой траншеи, с уширением в месте зумпфа. Устройство дренажных канав следует начинать со сбросных участков (от зумпфов) с продвижением в сторону более высоких отметок. Зумпф и дренажные канавы сверху рекомендуется закрывать временным настилом или металлической/деревянной решёткой для безопасности персонала.
В случае укладки протяжённых участков трубопровода работы по откачке воды выполняются захватками, оставляя перемычки из местного грунта с разработкой их непосредственно перед укладкой трубопровода. Длина захваток определяется по месту в зависимости от мощности водоотливных установок.
Схемы отвода поверхностных вод
Для защиты выработки от поступления поверхностных вод (дождевых, талых) необходимо предусмотреть:
- Нагорные канавы — для перехвата стока с прилегающей возвышенной территории.
- Обвалование — создание временных земляных валов по периметру строительной площадки для предотвращения затопления.
- Лотки — для организованного сброса воды в систему водоотведения.
- Защиту территорий от подтопления на период строительства и эксплуатации с устройством проектных нагорных канав с гасителями.
5. Требования безопасности и нормативные документы
Мониторинг уровня воды
В процессе выполнения работ в траншеях и котлованах должен осуществляться постоянный визуальный контроль за состоянием откосов и дна. Не допускается:
- сосредоточенная фильтрация воды через откосы;
- вынос грунта вместе с фильтрационным потоком (суффозия).
При открытом водоотливе необходимо постоянно поддерживать уровень воды ниже основания выработки на величину не менее 0,5 м в песчаных грунтах и не менее 1 м — в глинистых, весь период строительно-монтажных работ.
Главная водоотливная установка должна быть оборудована тремя насосными агрегатами или группами насосов: рабочими, резервными и находящимися в ремонте. Рабочие агрегаты должны обеспечивать откачку максимального суточного притока воды за 20 часов. Все главные водоотливные установки должны оборудоваться аварийной сигнализацией уровня воды с выводом сигнала в пункт постоянного нахождения дежурного персонала.
Необходимость отражения решений по водопонижению в ППР
Согласно СП 45.13330.2017 «Земляные сооружения, основания и фундаменты» (актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87), организации поверхностного стока, водоотводу и дренажу посвящён раздел 5. Проект производства работ по водопонижению — это не формальность, а основной документ, на основе которого ведутся работы.
Грамотно составленный ППР на водопонижение отвечает на критические вопросы:
- какой метод водопонижения выбрать в конкретных грунтовых условиях;
- как рассчитать производительность оборудования;
- как обеспечить безопасность людей и техники;
- как защитить окружающую застройку от негативных воздействий.
Состав ППР регламентируется СП 45.13330.2017 — в документе должны быть отражены: схема расположения водопонижающих устройств, расчётные параметры депрессионной воронки, график производства работ, мероприятия по охране труда, экологические требования.
Заключение
Правильный выбор метода водоотведения или водопонижения зависит от трёх факторов: гидрогеологических условий (коэффициента фильтрации грунта и УГВ), типа применяемой траншейной крепи и наличия дополнительных нагрузок от окружающей застройки.
Рекомендации по выбору:
Компания «Крепи.Про» предлагает не только оборудование SBH для траншейных креплений, но и комплексные решения по водопонижению, включая аренду насосного оборудования BBA Pumps и инженерный подбор технологии под конкретные гидрогеологические условия объекта.
Для получения индивидуального расчёта водопонижения и выбора системы крепей заполните анкету на сайте или свяжитесь с техническим специалистом компании.
Александр Живайкин
Руководитель компании Крепи.Про.
