Пособие по производству работ при устройстве оснований и фундаментов (к СНиП 3.02.01-83) - часть 5

4.28. Разработка котлованов подводным способом ведется черпанием грунта из-под воды землечерпательным (землесосным) снарядом или экскаватором, оборудованным грейфером или ковшом драглайна. Обычно она сопровождается снижением уровня воды в выемке.

Скорость снижения уровня подземных вод в грунтовом массиве вблизи откосов меньше скорости снижения уровня воды в самом котловане и еще в большей мере отстает развитие депрессии вдали от котлована. При этом возникает опасность значительного возрастания гидравлического градиента фильтрации в приоткосной зоне.

При определенных для каждого конкретного грунта значениях выходного градиента фильтрации и величины уступа может наступить разрушение грунта в откосах. Для фильтрующих грунтов — это суффозионные явления, которые могут повлечь за собой образование в грунтовом массиве каверн, пещер, пустот, провальных воронок и, наконец, обрушение на отдельных участках откоса. В слабофильтрующих грунтах значительное давление подземных вод изнутри массива в сочетании со взвешивающим воздействием воды может вызвать оплывание и оползание откосов.

Значительные градиенты фильтрации на заключительном этапе разработки котлована — при сниженном уровне воды в котловане — могут вызвать деформацию и разуплотнение грунтов дна котлована, появление выходов воды с выносом грунта (грифонов), вплоть до полного нарушения основания будущего сооружения.

Отсюда вытекают требования тщательной увязки интенсивности понижения уровня воды в котловане, разрабатываемом подводным способом, с грунтовыми и гидрогеологическими условиями и со снижением уровня подземных вод за его пределами.

Допустимая в данных условиях интенсивность понижения уровня, общая величина снижения, методы и объемы необходимых водопонизительных работ, мероприятия по обеспечению устойчивости откосов должны решаться в специальном разделе проекта, рассматривающем этот этап строительства.

Значения допустимых скоростей снижения уровня воды в котловане приведены в табл. 26. Эти значения могут быть уточнены в процессе разработки и осушения котлована.

4.29. В насосных станциях для водоотлива из котлованов и траншей устанавливаются резервные насосы в количестве 100 % при одном работающем насосе и 50 % при количестве работающих насосов более одного.

При этом следует стремиться к тому, чтобы на каждой насосной станции как рабочие насосы, так и резервные были одного типа. Установка разнородных по производительности (и другим параметрам) агрегатов на одной насосной станции не рекомендуется.

Таблица 26

УСТРОЙСТВО ДРЕНАЖЕЙ

4.30. Дренажи того или иного вида, имеющие непрерывное простирание (траншейные, трубчатые, пластовые и др.) могут приме* няться для различных задач водопонижения в разнообразных природных условиях.

4.31. Простейшим видом траншейных дренажей, применяемых для строительного водопонижения, являются канавки и передовые траншеи, устраиваемые в котлованах при водоотливе из них.

Когда территория позволяет разместить дренажные траншеи вне котлованов сооружений, траншейный дренаж может быть использован для осушения значительных площадей, на которых необходимо вести работы ниже уровня подземных вод на протяжении длительного времени.

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, последние 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, образуя таким образом закрытый беструбчатый дренаж.

4.82. Трубчатые дренажи могут быть использованы для строительного водопонижения в тех случаях, когда они предусматриваются для постоянных дренажных систем. В этом случае они должны быть выполнены заблаговременно с целью защиты заглубленного сооружения не только в период эксплуатации, но и в период его строительства Однако трубчатые дренажи могут применяться и только на период строительства, например, на откосах долго существующих котлованов (рис. 32) и в других случаях, когда это оправдано экономически.

Рис. 32. Дренаж на откосах котлована
1 — пониженные уровни подземных вод; 2 — песчаная пригрузка; 3 — дренажная труба; 4 — засыпки гравием

При устройстве трубчатых дренажей, после отрывки траншеи, необходимо отобрать пробы окружающего грунта, уточнить его гранулометрический состав и соответствующий ему состав песчано-гравийной обсыпки, требования к материалу для нее и при необходимости— к материалу фильтровых покрытий согласно пп. 4.16 и 4.17.

4.33. Дренажи в виде проходных и полупроходных подземных галерей ввиду их значительной стоимости применяются, в осповном, в период эксплуатации сооружений и рудников в качестве постоянного средства осушения территорий предприятий, населенных пунктов, для борьбы с оползнями и т.д. Такие дренажи при их заблаговременном исполнении возможно использовать и для водопонижения в строительный период. При их устройстве необходимо руководствоваться действующими нормативными материалами по подземным горным выработкам и гидротехническим тоннелям.

4.34. Работы по устройству траншейных, трубчатых, галерейных дренажей должны начинаться с прокладки сбросных участков от дренажной сети до открытых водоприемников или существующих коллекторов ливневой канализации при самотечном выпуске, а в случае перекачки — со строительства насосной станции и водоотвода.

4.35. Пластовый дренаж (развитый по площади слой фильтрующего материала) применяется в сочетании с трубчатыми дренами (или беструбчатыми закрытыми дренами) при строительном водопонижении на откосах котлованов (см. рис. 32), а также в основаниях сооружений (например, когда необходимо забетонировать фундаментную плиту и нельзя предотвратить фильтрацию через дно котлована) и в основаниях грунтовых отвалов.

При устройстве пластового дренажа в основаниях грунтовых отвалов отвод воды от них допускается осуществлять с помощью систематически расположенных дрен-канав, устраиваемых под слоем пластового дренажа. Площадь сечения дрен-канав должна быть но менее 0,1 м2. Дрены заполняются каменным или щебеночным материалом или блоками из беспесчаного бетона. По дренам вода отводится в канаву, выполняемую вдоль фронта отвалов.

Устройство пластового дренажа в котловане включает следующие (по порядку выполнения) виды работ: срезку, зачистку и планировку дна котлована до проектных отметок, укладку трубчатых дрен (или устройство беструбчатых дрен-канав), включая подготовку под них и фильтровую обсыпку, укладку по дну котлована песчаного слоя с уплотнением его легкими катками, укладку поверх песчаного слоя гравия или щебня. При выполнении работ нельзя допускать нарушений в сопряжении щебеночного слоя постели со щебеночной обсыпкой труб.

4.36. Каптируемые дренажами подземные 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.

Устройство заглубленных дренажных насосных станций может выполняться в открытом котловане или способом опускного колодца. Насосные станции глубоких дренажей устраивают в шахтах, проходимых горным способом.

УСТРОЙСТВО И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ВОДОПОНИЗИТЕЛЬНЫХ скважин

4.37. При строительном водопонижении применяются открытые (сообщающиеся с атмосферой) и вакуумные (герметически закрытые) водопонизительные скважины, оборудованные насосами, само-изливающиеся и водопоглощающие скважины и сквозные фильтры.

4.38. Открытые водононизительные скважины, оборудованные насосами (рис. 33), применяются, в основном, при больших (более 4 м) глубинах гравитационного водопонижения в грунтах с коэффициентом фильтрации св. 2 м/сут при достаточной толщине водоносного слоя, при которой может быть обеспечена необходимая производительность водопонизительных скважин. Они могут применяться в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 2 м/сут, когда их эффективность подтверждается опытными данными, и при водопонижении менее 4 м, если это оправдывается технико-экономическими соображениями.

Рис. 33 Открытая скважина, оборудованная насосом
1 — кондуктор: 2 — песчано-гравийная обсыпка, 3 — местный песчаный грунт, 4 — отстойник, 5 — просечной лист; 6 — надфильтровые трубы; 7 — пьезометр для замера уровня воды в скважине, 8 — пьезометр для замера уровня воды в обсыпке; 9 — направляющие фонари; J0 — муфта; 11 — насосный агрегат, 12— водоподъемные трубы

Ряд выпускаемых скважинных насосов (см табл. 24) имеет достаточно широкий диапазон характеристик (см. рис 29 и 30). Благодаря этому имеются широкие возможности для решения с помощью скважин, оборудованных насосами, задач водопонижения в различных природных условиях.

Применяемые для конкретных объектов насосы должны иметь оптимальные параметры (расход, напор), соответствующие расчетной производительности скважин и требуемой высоте подъема откачиваемой из них воды

Для контроля за работой скважин каждая десятая — пятнадцатая из них (в зависимости от общего их количества) оборудуется скважинным пьезометром для замера уровня внутри фильтровой колонны, затрубным пьезометром, для замера уровней за фильтровой колонной и при подключении скважин к напорному водоотводящему трубопроводу дополнительной задвижкой для замера дебита и взятия проб на пескование. В необходимых случаях дополнительной задвижкой оборудуется каждая скважина.

Для повышения производительности скважины, вскрывающие весь водоносный слой до водоупора, могут выполняться с уширенным основанием — специальной полостью, образуемой в водоупоре и заполняемой фильтрующим материалом.

4.39. Самоизливающиеся скважины (с изливом через устье) применяются тогда, когда возможен излив из них на достаточно более низкую отметку, чем должен иметь пониженный уровень подземных вод.

Самоизливающиеся скважины выполняются вертикальными и под разными углами к вертикали и забуриваются с разных горизонтов: с поверхности земли, с берм па откосах, со дна котлована, из подземных выработок — в зависимости от принятого порядка производства работ и от их назначения. Они могут служить основным средством снятия напора, когда излив из них обеспечивает достаточное снижение пьезометрического уровня подземных вод в водоносном слое, и применяться в качестве резервного мероприятия, когда напор снимается с помощью скважин, оборудованных насосами, на случай аварийных перерывов в их работе (рис. 34), а также использоваться для других целей в различных водопонизительных системах.

Скважины, предназначенные для работы в качестве резервных, должны поддерживаться все время в работоспособном состоянии. Этому должно уделяться внимание в течение всего периода работы водопонизительной системы. При длительном «проетое» (без изли-ва) самоизливающихся скважин целесообразно производить их периодические прокачки с помощью эрлифта.

Самоизливающиеся скважины должны быть заглублены в достаточно водообильную зону водоносного слоя для снятия напора в нем.

Самоизливающаяся скважина, в которой осаждается грунт, должна иметь ниже фильтрового звена отстойник, а устье скважины должно быть защищено от попадания в нее случайных предметов и грунта.

В случае прекращения самоизлива необходимо установить, не связано ли это с засорением или повреждением скважины При необходимости следует принять срочные меры к ее восстановлению.

Самоизливающиеся горизонтальные или слабо наклонные к горизонту скважины, устраиваемые с берм на откосах (рис 35) или на природных склонах, предназначаются для забора воды из глубины грунтового массива и устранения открытой фильтрации через грунт. Они иногда оказываются более эффективными или менее сложными в исполнении, чем устройство дренажа, пригрузок на откосах и т. п.

Системы радиальных самоизливающихся скважин, забирающих воду из водоносного слоя и отводящих ее в центральный водосборный колодец, представляют собой лучевые водозаборы (рис. 36), используемые при крупных и длительных водопонизптельных работах.

Рис. 34. Система водопонижения с применением резервных самоизливающихся скважин
1 — иглофильтры, 2 - открытые скважины, оборудованные насосом; 3 — самоизливающиеся резервное скважины

Возможно применение радиальных скважин без специального водосборного колодца, когда лучи направляются в сторону потока подземных вод иг. одного или нескольких пунктов в котловане (например, из его углов), а вода от них отводится по канавкам.

В подземных выработках самоизливающиеся скважины (рис. 37) применяются любого направления и используются для водопонижения во всех слоях, окружающих выработки. При необходимости повышения их эффективности они могут быть переустроены в вакуумные подключением к ним насосных установок УВВ.

4.40. Водопоглощающие скважины применяются на тех участках, где слой, в котором требуется понизить воду, хорошо ее отдает и имеет достаточную толщину ниже требуемого пониженного уровня подземных вод, а нижележащие слои грунта обладают надлежащей поглощающей способностью.

4.41. Сквозные фильтры (рис. 38) применяются для строительного водопонижения в сочетании с дренажными галереями (или другими подземными выработками) там, где такие системы предусматриваются для работы в эксплуатационный период.

Вода, сбрасываемая по сквозным фильтрам в дренажные галереи и подземные выработки, отводится по ним к устью и далее к наружному водоотводу или к водосборникам подземной насосной станции (рис. 39), откуда откачивается на поверхность.

4.42. Вакуумные скважины с погружными насосами и герметически закрытым устьем, предусматриваемые для вакуумного водопонижения (при котором в фильтрах скважин поддерживается вакуум до 7—8 м водяного столба в грунтах с коэффициентами фильтрации ниже 2 м/сут) (рис. 40) могут выполняться с поверхности, а также из открытых и подземных горных выработок. Они оборудуются дополнительно наземными вакуум-насосами (или эжекторами) для откачки воздуха.

Вакуум-скважины должны иметь дополнительные приборы и устройства по сравнению с открытыми скважинами: вакуумметр, устройство для измерения уровня воды в скважине, задвижку и манометр на напорном трубопроводе. Задвижка и манометр должны устанавливаться на каждой вакуум-скважине. Все погружные насосы, установленные в вакуум-скважине, должны иметь обратный клапан, расположенный непосредственно над насосом.

Рис. 35. Схема устройства горизонтальной скважины
1 — фильтровая колонна, оборудованная наконечником с обратным клапаном;
2 — опорная рама; 3 —домкраты с зажимным хомутом; 4 — маслостанция; 5-откидные домкраты для упора трактора в грунт; 6 — передвижная насосная станция гидроподмыва; 7 — отстойник для обратной воды

Рис. 36. Лучевой водозабор
1 — шахта; 2 — лучевые скважины; 3 — центробежные насосы

При устройстве и эксплуатации вакуум-скважин необходимо обращать внимание на:
повышенную опасность возникновения пескования скважин, что

требует особой тщательности подбора и устройства обсыпки скважин;

необходимость ограничения поступления воздуха в скважины, для чего фильтры вакуум-скважин должны быть достаточно (не менее чем на толщину осушаемого слоя) удалены от откосов выработки, а на верхних участках надфильтровых труб должны выполняться глиняные тампоны;

необходимость тщательной герметизации муфтовых соединений надфильтровых труб, крышки скважины и сальниковых уплотнений в местах пересечения с крышкой всех элементов оборудования, а также точной центровки в скважине фильтровой колонны;

важность ограничения колебаний уровней воды в скважине: наиболее низкий уровень должен обеспечить требуемое заводом-из-готовителем подтопление насоса, а наиболее высокий — достаточно малый (отвечающий проектному) напор в пределах фильтра скважины (зона колебаний уровня воды в вакуум-скважине может быть допущена и в пределах отстойника, если это не противоречит требованиям проекта).

4.43. Устройство открытых и вакуумных водопонизительных скважин, оборудуемых насосами; самоизливающихся скважин, забуриваемых с поверхности или из выработок; водопоглощающих скважин и сквозных фильтров возможно с помощью механического и гидравлического бурения с последующим погружением в буровую скважину фильтровой колонны и устройством обсыпки, непосредственно гидравлическим погружением фильтра в грунт, гидропневматическим погружением фильтров и обсадных труб. Допускается задавливание, забивка и вибропогружение труб Наиболее распространено механическое бурение с применением вращательного способа с прямой и обратной промывками, грейферного и ударного способов.

Рис. 37. Восстающая скважина
1 — шарошечное долото; 2 — переходник с обратным клапаном; 5 — фильтр; 4 — оголовок скважины с выпускной задвижкой; 5 — кондуктор; 5 — водоносный слой; 7 — скальная порода; 8 — подземная выработка

Рис, 38. Сквозной фильтр

Рис. 39. Система водопонижения со сквозными фильтрами
1—сквозные фильтры; 2—подземные выработки; шахтный ствол и подземная насосная станция с водосборниками

4.44. Рекомендуется применять следующие виды механического бурения

ударное бурение (в основном ударно-канатное бурение станками УГБ-ЗУК, УГБ-4УК, Б-2 «Уралец» и др)—в нескальных грунтах на глубину до 100—150 м и на большую глубину в скальных грунтах, при очистке забоя желонкой скорость ее подъема должна исключать подсасывание грунта через нижний конец сбсадной трубы, при проходке грунтов, в которых возможно образование пробок, в полости обсадной трубы следует поддерживать уровень воды, превышающий статический уровень подземных вод; допустимо добавлять в скважину жирную пластическую 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-ЗОО, ЗИФ-600, ЗИФ-1200 и др. для скважин в скальных грунтах диаметром до 200 мм; при колонковом бурении может быть допущена глинистая промывка: при бурении перекрываемых слоев, в которых водопонижение не требуется, и в случаях, когда опытным путем доказана возможность эффективной разглинизации скважин;

вращательное бурение сплошным забоем с механической подачей разрушенной породы на поверхность — шнековое бурение станками УГБ-50М, УГБ-1ВС и др. для скважин глубиной до 50 м при отсутствии твердых прослоев, валунов, вязких и липких глинистых грунтов;

вращательное бурение с вращателем у забоя — реактивно-турбинное бурение— с использованием станков УГБ-600, БУ-75Бр, «Уралмаш-125» и других для глубоких скважин (более 100 м) большого диаметра (более 500 мм);

вращательное бурение сплошным забоем с промывкой или продувкой воздухом с вращателем на поверхности — роторное бурение станками УРБ-ЗАМ, УРБ-ЗА2, 1БА15В и др.

Роторное бурение возможно с применением нескольких технологий:

а) с прямой промывкой глинистым раствором для бурения скважин диаметром до 500 мм при бурении по перекрываемым слоям и когда опытным путем подтверждена возможность эффективной разглинизации и с обязательным ее выполнением в зоне установки фильтра (применяемый глинистый раствор должен соответствовать свойствам разрабатываемых грунтов);

б) с промывкой чистой водой или продувкой воздухом —- в устойчивых грунтах;

в) с отбратной промывкой чистом 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 подземных вод на глубине 3 м и ниже от поверхности земли.

Рис, 40. Вакуум-скважина
1 — отстойник; 2 — электродвигатель; 3 — кожух; 4 — насос; 5 — обратный клапан; 6 — стабилизатор динамического уровня; 7 —кабель; 8 — поверхность водоупора; 9 — фильтр; 10 — напорный трубопровод; 11 — трубка прибора для измерения уровня воды в скважине; 12 — надфильтровая труба; 13— муфта; 14 — «пояс»; 15 — глиняный тампон; 16 — трубка вакуумметра; 17 — вентиль; 18 — манометр; 19 — вакуумметр; 20 — крышка; 21 — трубка для подключения вакуум-насоса

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 б

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, как правило, следующие колонны обсадных труб: шахтовое направление, кондуктор, технические колонны. Нижняя часть каждой колонны оборудуется короткой утолщеннной трубой (0,4—0,5 м) с коническим срезом (башмак).

При ударном бурении в неустойчивых грунтах крепление скважин должно производиться одновременно с разработкой грунтов, 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 за-трубного пространства (при необходимости в нем) принимается:

при диаметре труб до 700 мм..................80—100 мм

» » » более 700 мм .... ... 100—150 »

Конечный диаметр бурения скважин для сквозных фильтров должен назначаться с учетом размещения в скважине прибора для определения координат ее забоя.

В скважинах, предназначенных для установки в них насосов с трансмиссионным валом, отклонение от вертикали не должно превышать 0,005 от глубины скважины.

Колонны обсадных труб для временного закрепления стенок скважины, не предусмотренные на период ее работы в водопонизительной системе, должны извлекаться. В колоннах обсадных труб, предусмотренных проектом для оставления 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 тапонажный цемент (ГОСТ 1581—78) плотностью от 3,05 до 3,2 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 % от 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 производится с помощью цементосмесительных машин и цементировочных агрегатов, а при небольших объемах с помощью глиномешалок и насосов буровых установок.

4.45. Гидравлическое погружение в грунт обсадных и непосредственно фильтровых колонн применяется в песках, в том числе и гравелистых, и в супесях.

Эффективность подмыва в сильно поглощающих воду гравелистых грунтах увеличивается, если к воде, размывающей грунт, добавляется сжатый воздух.

Область применения подмыва расширяется, если оборудовать погружаемую колонну разрушающим грунт наконечником и сочетать подмыв с ударным и вращательным действием, подъемом, свободным спуском и вращением труб. В этом случае возможно проходить и более тяжелые грунты. Еще более эффективно сочетание подмыва с вибрационным действием.

Вибропогружение возможно сочетать с удалением грунта из полости погружаемой колонны с помощью эрлифта.

4.46. Обсадные трубы, на которых монтируется оголовок скважины, должны иметь превышение над поверхностью земли не менее чем на 500 мм.

Сквозные фильтры в своей нижней части оборудуются выпуском с задвижкой.

4.47. Выбор способа бурения, бурового оборудования и временного крепления указанных в п. 4.37 типов водопонизительных скважин производится с учетом вышеприведенных рекомендаций и в зависимости от местных гидрогеологических условий в требований проекта.

4.48. Бурение горизонтальных скважин на откосах котлованов целесообразно производить гидравлическим способом с одновременным задавливанием фильтровой колонны с помощью специальных станков (см. рис. 35).

Горизонтальные лучевые скважины выполняются задавливанием при помощи гидродомкратов (допускается о 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 вдавливанием в грунт фильтров (рис. 41, 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. 41. Схемы устройства горизонтальных скважин
а — вдавливание фильтра с удалением грунта перед забоем под действием гидростатического напора; б — то же, с применением обсадных труб; е — 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 обсыпка; 6 — толстостенная труба

Устройство горизонтальных скважин с использованием обсадных труб (рис. 41,б) применяется в мелких песках, супесчаных и суглинистых грунтах. После обсадки скважины и установки в ней 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. 41, в).

Для удаления грунта от забоя горизонтальной скважины при задавливании фильтровой колонны внутри нее устанавливается труба, по которой разжиженный грунт стекает в шахтный колодец, откуда он впоследствии удаляется.

Возможно задавливание в грунт толстостенной сплошной трубы, установленной внутри фильтровой колонны (рис. 41, г), при этом

внутренняя полость скважины используется для транспортировки грунта.

Устройство скважин может быть выполнено подмывом — подачей в забой по специальной трубе воды под давлением.

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

Количество 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 длины отдельных лучей должны отвечать требованиям рационального решения поставленной задачи водопонижения. При этом возможно наклонное направление лучевых скважин, которые могут быть восходящими и нисходящими.

4.49. Скважины из подземных выработок бурятся специальными станками, например НКР-100. Они могут устраиваться как в скальных, так и в нескальных грунтах. Неглубокие самоизливающиеся скважины в нескальных грунтах могут выполняться забивкой или задавливанием фильтровой колонны в потолок, стенки или дно горной выработки (забивные фильтры).

4.50. Перед установкой фильтра в пробуренную скважину необходимо очистить ее от шлама, промыть водой и произвести контрольный замер глубины скважины. Фильтры должны быть проверены на отсутствие повреждений.

Расположение фильтров по глубине скважины должно отвечать требованиям проекта и геологическому разрезу, уточненному в процессе бурения водопонизительной скважины. При необходимости изготовления фильтров на месте они должны быть выполнены по проекту, разработанному проектной организацией.

4.51. Однослойная песчано-гравийная обсыпка, как правило, устраивается после установки фильтра в скважину.

При двухслойной обсыпке применяются кожуховые или кор-зинчатые фильтры, в конструкцию которых входит первый (внутренний) слой обсыпки. Второй (наружный) слой обсыпки устраивается после погружения кожухового или корзинчатого фильтра в скважину.

Кожуховые и корзинчатые фильтры могут быть применены при требовании однослойной обсыпки (см. табл. 9). В этом случае в зоне установки фильтра зазор между ним и стенкой скважины заполняется материалом, по гранулометрическому составу аналогичным примененному в кожуховом или корзинчатом фильтре (см. примеч. табл. 9).

При устройстве обсыпок после установки в скважине фильтра подача песчано-гравийного материала должна производиться равномерно и непрерывно. После очередного подъема трубы над ее нижним краем должен оставаться слой песчано-гравийного материала высотой не менее 0,5 м.

Устройство обсыпок может выполняться механическим или гидравлическим способами.

При устройстве песчано-гравийной обсыпки в скважинах, пробуренных способом обратной промывки с применением расширителей в фильтровой зоне, гравийную обсыпку следует устраивать гидравлическим способом (рис. 42). Объем гравийной засыпки при этом исчисляется по результатам кавернометрии (по данным каротажа) с введением коэффициента, учитывающего размыв ствола скважины при гидравлической засыпке и устанавливаемого по опытным данным.

4.62. После установки фильтров и устройства обсыпки скважину следует прокачать с помощью эрлифта до полного осветления откачиваемой воды. Промывку скважины можно считать законченной при содержании в откачиваемой воде твердых частиц грунта не более 0,005 % по массе.

Подача воды на поверхность скважинными насосами с погружным электродвигателем осуществляется по колонне водоподъемных труб, состоящей из звеньев длиной 5—10 м, соединенных при помощи муфт с конической резьбой или фланцев.

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 обнаружения «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.

Рис. 42. Схема устройства гидравлическим способом песчано-гравийной обсыпки скважины
1 — обсадные трубы; 2 — надфильтровые трубы; 3 — водоподъемные трубы; 4 — воздушная труба; б —фильтр; 6 — песчано-гравийная обсыпка; 7 — бункер для обсыпки

Монтаж и демонтаж оборудования скважинных насосов должны производиться в соответствии с инструкциями заводов-изготови-телей.

4.53. Для водопонизительных скважин всех видов необходимо выполнение ряда условий» обеспечивающих их устойчивую работу во времени. Это особенно важно для длительно работающих водо-понизительных скважин. К таким условиям относятся:

а) применение способов бурения, исключающих кольматацию фильтров при бурении (вращательно-всасывающее, ударно-канатное), а в случаях когда в со-

ответствии 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 водовмешающего грунта;

в) применение гравийной обсыпки достаточной толщины (не менее 50 мм с каждой стороны); большая толщина обсыпки увеличивает дебит и устойчивость работы скважины;

г) в нескальных грунтах постепенный ввод в действие каждой скважины медленным увеличением интенсивности откачки до пол-ного осветления откачиваемой воды;

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

С) при использовании вакуум-скважины разрежение в ее внутренней полости должно наращиваться постепенно и достигать расчетной величины через 1—2 сут.

Следует также учитывать, что бурение, погружение обсадных колонн, установка фильтров, опытные откачки и пуск в действие всех видов водопонизительных скважин являются, по существу, 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.

4.54. В процессе работы водопонизительных скважин, а в ряде случаев и перед вводом их в эксплуатацию, необходимо выполнение ряда мероприятий, заключающихся в осуществлении различных способов обработки скважины с целью предотвращения их зарастания и повышения или сохранения производительности.

Для обработки скважин применяются следующие способы: взрывной, реагентный, гидравлический, электрогидравлический, пневмоударный, ультразвуковой и механический.

4.55. Торпедирование (взрыв в полости скважины одной или нескольких нитей детонирующего шнура) следует производить для разглинизации скважин, выполняемых в водоносных слоях, представленных неустойчивыми породами, а также для увеличения или восстановления проницаемости водоносных трещиноватых скальных грунтов. Этот метод допустимо применять для скважин с диаметром фильтровой колонны не менее 146 мм.

Область применения торпед из детонирующего шнура (ТДШ) в зависимости от конструкции фильтра и геологических условий приведена в табл. 27.

Взрывы сосредоточенных зарядов следует применять для увеличения или восстановления проницаемости водоносных трещиноватых скальных грунтов.

4.56. Обработку реагентным способом скважин для увеличения или восстановления их производительности следует вести с применением реагентных ванн или закачки под давлением растворов в прифильтровую зону.

Реагентные ванны следует применять для очистки поверхности ствола скважины и поверхности забоя от глинистой корки, продуктов коррозии и других загрязнений.

Закачка под давлением растворов реагентов должна применяться для повышения проницаемости самих фильтров и грунтов в при-фильтровой зоне, для чего раствор должен задавливаться в трещины и поры пород.

Таблица 27

Конструкция фильтра	Водоносные грунты	Максимальное число нитей ДШ в одной торпеде	Допустимое количество взрывоз в одном интервала
Трубчатый с водоприемным покрытием из сетки, без обсыпки То же, с песчано-гравий ной обсыпкой	Песок мелкий	1	1
	Пески мелкие и средние	1	1—2
Трубчатый с водоприемным проволочным покрытием, без обсыпки	Пески от гравелистых до мелких	2	1-2
То же, с песчано-гравийной обсыпкой	Го же	2	1—2
Каркасно-стержневой с проволочным водоприемным покрытием, без обсыпки		1—2	1—2
То же, с песчано-гравийной обсыпкой	->>	1—2	1—2
Трубчатый без покрытия	Гравийно-галеч- пиковые и трещиноватые скальные грунты	2—3	1

4.57. Гидравлическую обработку для удаления глинистою раствора из полости скважины следует выполнять до начала работ по восстановлению проницаемости водоносного слоя. Этот вид обработки должен выполняться прямой промывкой водой по затрубном пространству, обратной промывкой с откачкой эрлифтом, свабиро-ванием.

Удаление глинистой корки может осуществляться размывом струей воды, подаваемой через гидравлические насадки.

4.68. Электрогидравлический, пневмоударный и ультразвуковой методы обработки скважин следует применять для восстановления проницаемости водоприемной поверхности фильтра и материала песчано-гравийной обсыпки (или породы прифильтровой зоны) долгодействующих скважин, подвергающихся зарастанию (кольматацин) химическими осадками, осаждающимися из подземных вод.

4.59. Механическая обработка внутренней полости фильтра и надфильтровых труб должна производиться при помощи проволочных ершей, скребков и шарошек.

4.60. Кроме вышеуказанной специальной обработки скважин периодически (через 6—12 мес) следует производить чистки скважин от осаждающихся в них механических примесей, содержащихся в откачиваемых водах.

Рис. 43. Линейная система иглофильтров
1 — крепление траншеи; 2 — иглофильтры; 3 — соединительный шланг; 4 — всасывающий коллектор; 5 — гофрированный шланг; 6— насосный агрегат ЛИУ; 7 — напорный трубопровод; 8 — сбросной трубопровод; 9 — пониженный уровень подземных вод

Рис. 44. Контурная система иглофильтров
1 — насосный агрегат; 2 — иглофильтры; 5—напорный трубопровод; 4—сбросной трубопровод; 5 дренажная пригрузка; 6 — пониженный уровень подземных вод

4.61. Как правило, эффективность того или иного способа увеличения производительности скважин определяют экспериментальным путем. 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.

За состояние всех водопонизительных скважин, особенно не имеющих надземных устройств (самоизливающихся, сквозных фильтров, водопоглощающих), должно отвечать персонально какое-то должностное лицо (ИТР). Скважины должны быть ограждены от возможных повреждений механизмами и от попадания в них через устье посторонних предметов.

УСТРОЙСТВО ИГЛОФИЛЬТРОВЫХ СИСТЕМ

4.62. Иглофильтровый способ водопонижения заключается в использовании для забора воды из грунта часто расположенных скважин с трубчатыми водоприемниками малого диаметра — иглофильтров, соединенных общим всасывающим (в случае легких иглофильтров) или напорным (в случае эжекторных иглофильтров) коллектором с центральной (для группы иглофильтров) насосной установкой. Иглофильтры чаще всего погружаются гидравлическим способом. При этом образуется скважина, диаметр которой значительно больше диаметра иглофильтра. Зазор в скважине между грунтом и иглофильтром, как правило, следует заполнять песчано-гравийной обсыпкой. При гравитационном водопонижении в достаточно крупнозернистых грунтах, не требующих применения обсыпки (с коэффициентом фильтрации более 5 м/сут), допускается заполнение зазора в скважине оплывающим грунтом, если это не опасно для вблизи расположенных сооружений.

При наличии в толще грунта, прорезаемого иглофильтрами, трудноразмываемых слоев, иглофильтры устанавливаются в предварительно пробуренные скважины. Скважины бурятся также для относимых к иглофильтрам вакуум-концентрических водоприемников (см. установки типа ЭВВУ).

Извлечение иглофильтров производится с подмывом для уменьшения сил трения по боковой поверхности иглы. Иглофильтры применяются в виде линейных (рис. 43) и кольцевых (рис. 44) систем, которые могут быть совершенными (доходящими до водоупора) и несовершенными (не доходящими до водоупора).

Рис. 47. Насосная установка ЛИУ-6Б
1 — центробежные насос; 2 — вакуум-насос; 3 — колпак; 4 — электродвигатель; 6 — опорная рама; 6 — вакуумметр; 7 — манометр; 8 — фрикционная муфта

Рис. 48. Конструкция иглофильтров
а — с перфорированной трубой, покрытой сеткой: б — со спиральной проволочной обмоткой 1 — наконечник; 2 — шаровой клапан; 3 — внутренняя труба; 4 — наружная перфорированная труба; — фильтровая сетка; 6 — стальной крепежный колпачок; 7 — муфта; в —переходная муфта; 9 —надфильтровая труба; 10 — муфта; 11- спиральная проволочная обмотка

Иглофильтры могут применяться для понижения уровня подземных вод в виде ступенчатой схемы с применением ярусных водопонизительных систем при расположении иглофильтров на двух или

нескольких уровнях по высоте (рис. 45). Вначале вводится в действие самый верхний (ближайший к поверхности земли) ярус иглофильтров. Под его зашитой отрывается первый (верхний) уступ котлована и монтируется второй (считая сверху вниз) ярус иглофильтров, после ввода в действие которого отрывается второй уступ котлована в т.д. Во многих случаях при вводе в действие каждого последующего яруса иглофильтров предыдущий

ярус может быть выключен из работы и демонтирован. Иногда, например при больших расстояниях по горизонтали между рядами иглофильтров разных ярусов или при наличии малопроницаемых прослоек между двумя уровнями установки иглофильтров, приходится содержать в работе одновременно иглофильтры

двух и более ярусов.

содержание .. 3 4 5 6 ..