Водопонижение

Водопонижение

Водопонижение — искусственное понижение свободной или пьезометрической поверхности подземных вод.

Необходимость понижения уровня подземных вод/ водопонижение при вскрышных работах.

ВодопонижениеПри строительстве домов, сооружений, подземных паркингов, освоении месторождений полезных ископаемых часто организовываются карьеры, котлованы, подземные шахты, тоннели ниже уровня подземных вод. Неправильно спроектированная дренажная система может привести к затоплению котлована вместе с техникой, людьми и образованию на месте выработки озера. Поэтому проектирование дренажной, водопонижающей системы, задача особой важности.
Применение открытого водоотлива приводит к оплыванию откосов, развитию суффозионных процессов (выноса подземными водами частиц грунта), размоканию грунтов оснований сооружений. Чтобы избежать этих явлений приходится проводить специальные мероприятия по борьбе с подземными водами, наиболее эффективными из которых является искусственное понижение уровня подземных вод — водопонижение, осуществляемое различными способами в период строительства и эксплуатации месторождения.

Обводнение строительных площадок происходит за счет поверхностных и подземных вод и атмосферных осадков. В зависимости от местоположения защищаемого объекта и вида строительства большую роль играет тот или иной фактор.

Обводнение

При гидротехническом строительстве решающая роль в обводнении строительных котлованов принадлежит поверхностным водам. При проходке подземных тоннелей и шахт возрастает роль
Водопонижениеподземных вод. Атмосферные осадки имеют ключевое значение в горных районах, характеризующихся повышенным количеством осадков. А в засушливых районах степей, пустынь, роль атмосферных осадков ничтожна.
На обводнение строительных площадок влияют естественные факторы: климат, рельеф территории, гидрографическая сеть, геологическое строение, гидрогеологические условия. Также на обводнение влияет деятельность человека: изменение гидрогеологических условий, условий питания и разгрузки водоносного горизонта, изменение рельефа и ландшафта, неправильное проведение строительных работ, аварийные ситуации сброса воды.
Одной из главных причин, усугубляющих действие искусственных факторов обводнения, являются природные условия района производства работ. Если участок сложен проницаемыми грунтами (например, песками), уклон рельефа и зеркала грунтовых вод повсеместно выдержан и на примыкающей территории достаточно развита гидрографическая сеть, то влияние искусственных факторов обводнения даже в случае неправильного ведения строительных работ может оказаться несущественным. Низкая проницаемость грунтов, отсутствие выдержанных уклонов и слабое развитие гидрографической сети способствуют проявлению искусственных факторы обводнения.

Водопонижение: этапы и способы строительных работ.

В зависимости от времени производства строительных работ водопонижение делится на предварительное и параллельное.
ВодопонижениеПредварительное водопонижение выполняется до начала строительных работ, параллельное — одновременно со строительством. Это деление, естественно, условное. Предварительное водопонижение в толще водоносных грунтов, вскрываемых котлованом или траншеей, следует применять лишь в тех случаях, когда в этих грунтах содержатся водоносные горизонты большей мощности. В этом случае целью предварительного осушения является снижение уровня подземных вод на величину, обеспечивающую безопасные условия строительства и гарантирующую невозможность прорыва и оплывания откосов.
Предварительное снижение напоров напорных водоносных горизонтов — предварительное водопонижение, залегающих ниже защищаемой выработки и непосредственно не принимающих участие в ее обводнении, необходимо либо при наличии гидравлической связи их с залегающими выше дренируемыми горизонтами, либо при реальной опасности прорыва высоконапорных подземных вод в дно выработки. В этом случае целью предварительного водопонижения является обеспечение устойчивости дна выработки.
ВодопонижениеПредварительное и параллельное водопонижение осуществляется с помощью различного рода водопонизительных устройств – вертикальных и горизонтальных.

Для защиты открытых выработок (котлованов, траншей и т.п.) используют как вертикальные, так и горизонтальные устройства — водопонизительных скважины, иглофильтровые установки, горизонтальные дренажные скважины.
Для защиты подземных выработок (например, при строительстве линий метро, туннелей, шахт) используются в основном вертикальные дренажные устройства – водопонизительные, поглощающие, разгрузочные скважины, забивные и сквозные фильтры, дренажные колодцы и иглофильтровые установки.
В зависимости от природных условий строительной площадки (геологического строения и гидрогеологических условий), сложности сооружения, метода возведения, могут применяться три способа водопонижения – поверхностный, подземный и комбинированный. При поверхностном способе водопонизительные устройства закладываются с поверхности земли, при подземном способе – из подземных выработок, а при комбинированном – с поверхности земли и из подземных выработок.
ВодопонижениеПоверхностное водопонижение осуществляется с помощью водопонизительных скважин. Эти скважины целесообразны в условиях безнапорного водоносного горизонта мощностью не менее 10-5 м и при коэффициенте фильтрации не ниже 1-3 м/сутки. В напорных водоносных горизонтах коэффициент может быть меньше, но не ниже 0,5 м/сутки.
Этот способ позволяет понижать уровни подземных вод на большие глубины в довольно сложной обстановке. Преимущество такой системы – мобильность. Недостаток – постоянное использование электроэнергии для питания насосного оборудования, необходимость отвода выкачанной воды.

Кроме водопонизительных скважин к средствам глубокого дренажа следует отнести и эжекторные Водопонижениеиглофильтровые установки. Глубина возможного снижения уровня подземных вод эжекторными установками достигает 20 м.
Размеры эжекторных колонн и расстояние между игофильтрами, количество их в установке и тип насосного агрегата выбираются в зависимости от гидрогеологических параметров осушаемого массива и условий производства строительных работ. Однако, практика показывает, что оптимальный режим работы иглофильтровых установок наблюдается в песчаных грунтах с коэффициентом фильтрации не менее 1 и не более 30 м/сутки. Фильтры должны быть заглублены не менее чем на 0,6 м ниже минимального динамического уровня по контуру котлована или не менее 1,25 м при расположении их с одной стороны защищаемой выработки.
При несоблюдении этих условий возможно попадание воздуха в фильтровое звено и нарушение нормальной работы установки.

Водопонижение. Основными требованиями работы водопонизительных устройств является:

1. Водопонизительные устройства должны обеспечивать требуемое понижение уровня подземных вод во всех точках дренируемого контура, для чего необходим учет геолого0гидрогеологических условий участка.
Водопонижение2. Сроки сооружения водопонизительных устройств должны быть строго увязаны с графиком строительства.
3. Проектируемая суммарная производительность водопонизительных устройств должна превышать водопритоки в период формирования депресии и соответствовать установившемуся притоку подземных вод после снижения уровня на требуемую величину.
4. Расстояние между защищаемым контуром и водопонизительными устройствами должно быть минимальным, но достаточным для предотвращения фильтрационных деформаций грунтов и оплывания откосов котлованов и траншей.

Схемы расположения горизонтальных и вертикальных дренажных устройств, принятые в практике строительного водопонижения, могут быть объединены в следующие группы: произвольное, линейное, контурное, площадное.
Произвольное расположение дренажных устройств применяется при неравномерных фильтрационных свойствах водоносного горизонта. В этом случае необходимо тщательно увязывать размещение средств водопонижения с гидрогеологическими и инженерно-геологическими условиями участка.

Линейная схема водопонижения

Линейные схемы дренажных устройств используются при защите от обводнения вытянутых в плане выемок, например траншей, тоннелей.

Контурные и многоконтурные схемы расположения водопонизительных установок применяются при недостаточной эффективности линейных схем дренажа, когда мощность водоносного горизонта и размеры защищаемой выработки велики. Однако и при контурной схеме осушения требуемый эффект водопонижения может быть не достигнут. В этом случае дренажные устройства следует располагать по ярусам. Для этого в откосах защищаемых котлованов и траншей на глубине, устанавливаемой гидрогеологическим расчетом, устраивают специальную берму, на которой монтируют водопонизительные установки. Количество ярусов водопонизительной системы зависит от требуемой глубины снижения уровня подземных вод и эффективности дренажных устройств.
Площадная схема водопонижения/ водопонижение  часто используется для понижения уровня воды на дне уже организованного котлована, используется для снижения рисков прорыва высоконапорных подземных вод из дна котлована. Также площадная схема эффективна при строительстве нескольких котлованов на осушаемой территории.

#