Защита котлованов от подтопления

• Для защиты котлованов от подтопления используют следующие группы методов:

- водопонижение;

- противофильтрационные завесы;

- комбинация первых двух методов.

• Выбор той или иной группы методов зависит от:

- вида подземных вод;

- УПВ (УГВ);

- свойств грунтов;

- особенностей их напластования;

- глубины, размеров и формы котлована в плане;

- других факторов.

• Во всех случаях, какой бы способ мы не выбрали, необходимо исключить нарушение природной структуры грунта в основании, обеспечить устойчивость откосов котлована и сохранность близко расположенных зданий.

→ Водопонижение осуществляется с помощью:

- глубинного водопонижения;

- открытого водоотлива

1. Открытый водоотлив – наиболее простой способ. Воду откачивают насосами непосредственно из котлована. А точнее из устраиваемой на дне котлована сети канавок глубиной 0,3…0,6 м, по которым вода отводится в приямок (зумпф), откуда она и откачивается систематически насосами.

- Открытый водоотлив применяют только в малоразмываемых грунтах и породах (трещиноватые скальные породы, галька, гравий, крупные пески), а также там, где мало прямого поступления воды.

2. Глубинное водопонижение исключает просачивание подземных вод через откосы и дно котлована. Он заключается в искусственном понижении УГВ в районе котлована.

Осуществляется с помощью:

- иглофильтров;

либо - откачной воды из глубинных трубчатых колодцев (в случае большого притока воды).

Рис.14.9. Схемы глубинного водопонижения:

а – одноярусное расположение иглофиьлтров; б – то же, многоярусное; 1 – насосная станция; 2 – гибкие шланги; 3 – коллектор; 4 – иглофильтры; 5 – депрессионная воронка

Иглофильтр состоит из стальной трубы d=38…50 мм, нижнем конце имеется фильтрующее устройство, через которое производится всасывание и откачка воды. Фильтр сконструирован так, что обеспечивается невозможностью выноса частиц.

Возникающее при движении воды (от дна котлована к ИФУ) рис. 14.9 а, гидродинамическое давление способствует уплотнению грунтов а … - улучшению их структурных свойств.

• Легкие иглофильтровые установки (ЛИУ) служат для понижения уровня подземных вод на глубину 4…5 м в песках. При больших глубинах иглофильтры располагают в несколько ярусов (рис. 14.9. б) или применяют специальные эжекторные иглофильтры (водоструйные насосы, создающие разрежение окло фильтрующего элемента, что способствует увеличению всасывания), позволяющее понизить УГВ на глубину до 25 м.

- ЛИУ применяют в песках крупной, средней крупности и мелких

- Эжекторные иглофильтры, как более мощные применяют в пылеватых песках и супесях с k_ф>0,1 м/сут.

- при грунтах с k_ф<0,1 м/сут используют специальные методы водопонижения:

→ вакуумирование;

→ электроосушение.

Вакуумирование:

У вакуумных скважин устья герметизируются специальными тампонами. Из скважин откачивается вода и воздух, создается зона вакуума, за счет чего приток воду увеличивается.

Позволяет откачивать воду при 0,01< k_ф<0,1 м/сут и до 20 м глубиной.

Электроосушение (электроосмотическое водопонижение)

Применяют в глинистых грунтах с низкой водоотдачей

Этот способ основан на свойстве передвижения воды в глинистых грунтах под действием постоянного тока (электроосмос).

Стежки и иглофильтры размещают по периметру котлована в шахматном порядке (рис. 14.10)

На них подают напряжение U=30…60В.

Вода под действием тока перемещается от анода «+» к катоду «-», грунтовая вода поступает в иглофильтр и откачивается всасывающим насосом. Понижение воды возможно до 20 м.

За счет электроосмоса k_ф резко увеличивается (в десятки, а то и в сотни раз), но требуется соблюдение соответствующих правил техники безопасности.

Рис. 14.10. Схема электроосмотического водопонижения:

1 – иглофильтр катод; 2 – металлический стержень-анод; 3 – коллектор; 4 – депрессионная кривая

→ Создание противофильтрационных завес.

Используют:

• замораживание (естественное искусственное);
• битумизация;
• шпунтовое ограждение

Замораживание – используется свойство влажных грунтов переходить в твердое состояние при замерзании.

Рис. 14.11. Схема защиты котлована от затопления подземными водами при помощи замораживания:

1 – водоносный слой грунта; 2 – водоупорный слой грунта; 3 – замораживающая колонка; 4 – цилиндр мерзлого грунта.

- Естественное замораживание

Котлован вскрывают до УГВ, дают грунту промерзнуть на глубину 20…30см. Затем срезают верхний слой, оставляя 10…15 см. нетронутого мерзлого грунта. По мере промерзания грунта эту операцию повторяют до тех пор пока не будет достигнута проектная отметка дна котлована. За счет большой продолжительности Метод эффективен в географических зонах с соответствующим климатом.

- Искусственное замораживание (рис. 14.11)

Применяют при разработке значительных по объему котлованов в водонасыщенном грунте.

Способ заключатся в создании по периметру котлована льдогрунтовой стенки (до водоупора) t=-15…-20۫С.

За счет циркуляции раствора амиака по нагруженным с шагом 0,9…1,5 м в грунт трубам, образуется цилиндры мерзлого грунта, которые смыкаются между собой, образуя сплошную защитную стенку.

Толщина стенки замороженного грунта зависит от ее назначения:

- от притока подземных вод достаточно иметь толщину 10…15 см;

- как ограждение котлована – расчетом

Работа по замораживанию проводятся в 2 этапа.

1 этап – активное замораживание (40…70 суток) – грунт замораживают

2 этап – пассивное замораживание – поддержание грунта в замороженном состоянии в течении периода производства работ в котловане.

Следует строго следить за вертикальностью заглубления инжекторов.

Недостаток: В пылевато-глинистых грунтах происходи морозное пучение – поднятие поверхности грунта с сооружениями, находящимися в зоне влияния. Еще хуже в процессе отстаивания, т.к. сжимаемость такого грунта увеличивается, а прочность уменьшается.

Битумизация заключается в подаче (нагнетание) в грунт, обладающий трещиноватостью (скальные трещиноватые породы) с большим притоком воды, разогретого до жидкого состояния битума. За счет чего, образуется сплошная водонепроницаемая стенка.

Наряду с нагнетанием битума используют цементный раствор, или синтетические смолы.

Нагнетание в грунт какого-либо материала с целью устранения его водопроницаемости называется тампонажем.