Відкритий водовідлив і штучне зниження ґрунтових вод
Для відводу поверхневих вод перед виробництвом земляних робіт влаштовують тимчасові водовідвідні канави.
Поздовжній ухил канав приймають не менше 0,003. Ширину канав по дну приймають не менше 0,5-0,6 м а відстань від бровки виїмки 3-5 м.
Якщо виїмка прорізає водонасищенний шар грунту, то для збору і відводу грунтових вод влаштовують відкриті тимчасові або закриті дренажі.
Відкритий дренаж влаштовується у вигляді лотків і канав з мінімальним ухилом 0,003-0,005 і розрахований тільки на період будівництва.
При влаштуванні закритого дренажу екскаватором відривається траншея, на дно якої насипають великий гравій або щебінь діаметром частинок до 50 мм; по середині її з дрібного гравію (6-8 мм) або щебеню утворюють дренувальна ядро, яке засипають шаром крупно-го піску. Верх траншеї забивають глиною або закладають дерном трав'яним покровом вниз.
При великих притоках води дренаж роблять з перфорованих труб - керамічних, азбоцементних, бетонних, дерев'яних. Труби укладають і засипають піском, гравієм або іншим дренирующим матеріалом (рис. III .5). Діаметр труб приймають 125-300 мм. У стиках труб залишають зазори. Ухил від 0,004 до 0,03.
Відкритий водовідлив з дна котлованів і траншей виробляють насосами. При цьому способі в міру виконання земляних робіт в котловані уздовж його сторін або внизу траншеї влаштовують невеликі канавки з мінімальним ухилом 0,002-0,005 для відводу води.
У зниженій частині роблять водозбірний колодязь, стінки його закріплюють дошками, а нижню частину, щоб уникнути засмоктування водою грунту, засипають гравієм або щебенем. Вода з колодязя забирається насосами. Для відкритого водовідливу застосовуються поршневі, діафрагмові і відцентрові насоси. Найбільш зручні на будівництві зважених діафрагмові насоси, здатні перекачувати брудну воду з глибини 4-6 м.
Для водопониження в складних гідрогеологічних умовах в залежності від розмірів осушуваного земляної споруди, виду грунтів, тривалості водозниження і способу виробництва робіт застосовуються різні водопоніжающіе установки. У промисловому і цивільному будівництві найчастіше застосовуються легкі голкофільтрові і ежекторні установки.
Голкофільтрові установки, що застосовуються переважно в піщаних і гравелистих грунтах, складаються з ряду голкофільтрів, що занурюються в грунт по периметру котловану або по одній або двом сторонам траншей. Іглофільтри приєднують до водозбірного колектора, з'єднаному з насосною установкою (рис. IH.6, 7). Іглофільтри занурюють в грунт гідравлічним способом шляхом подачі води шлангами з напором до 0,3 МПа. Вода спускає кульовий клапан, а кільцевої клапан закриває доступ в простір між зовнішньою і внутрішньою трубою. Вода надходить до наконечника, розмиває грунт і голкофільтр занурюється під дією власної маси. Навколо труби утворюється простір, рівний приблизно трьом діаметрам занурюваної труби, яке засипають чистим грубозернистим піском або гравієм.
Мал. 3.6. іглофільтри
а - загальний вигляд; б - положення клапанів фільтрового ланки при зануренні голкофільтра; в - те ж, при відкачці грунтових вод; г - установка голкофільтра в частково пробурений бурової машиною отвір; 1 - шланг для подачі води; 2 - встановлений голкофільтр; 3 - пес-Чано-гравійна засипка; 4 - бурова машина; 5 - голкофільтр
При відкачці води внаслідок плавучості і під впливом вакууму кульовий клапан піднімається, а кільцевої опускається, відкриваючи шлях ґрунтовій воді в трубу.
До складу водопоніжающіе установки крім голкофільтрів входять: - шарнірні або шлангові з'єднання для приєднання голкофільтрів до всмоктуючого колектора; - всмоктуючий (водозбірний) колектор; насосний агрегат (відцентровий насос, агрегований з вакуум-насосом, або самовсмоктуючий вихровий насос).
Через різницю між атмосферним і зниженим тиском в комунікаціях водопоніжающіе установки грунтова вода надходить в іглофільтри, заповнює всмоктуючий колектор, а потім перекачується насосним агрегатом за межі осушуваної ділянки. Глибина зниження рівня грунтових вод голкофільтрами обмежується 6-6,5 м.
Мал. 3.7. Схема установки голкофільтрів
а - одноярусна установка на котловані; б - двох'ярусна установка; в - однорядна установка при вузьких траншеях; г - дворядна установка при широких траншеях; 1 - всмоктуючий колектор першого ярусу; 2 -всасивающій колектор другого ярусу; 3 - іглофільтри першого ярусу; 4 - іглофільтри другого ярусу; 5 - насоси; 6 - депресійні криві
Мал. 3.8. Ежекторна іглофільт-ровая установка
а - схема установки: 1 - ежектор-ний голкофільтр; 2 - з'єднувальний шланг; 3 - розподільний трубопровід; 4 - циркуляційний резервуар; 5 - виссконапорний насос; 6 - зливний лоток; 7 - ннзко-напірний насос; б - принципова схема пристрою ежектора: 1 - напірна вода; 2 - сопло; 3 - її вбирали вода; 4 - зворотний клапан; 5 - фільтрова сітка
У голкофільтр під тиском до 0,8 МПа подається вода, у внутрішній трубі голкофільтра розташований ежектор, до насадки якого через отвір в ежекторі подається так звана робоча вода. Виходячи з насадки, струмінь води створює розрідження в навколишньому кільцевому просторі і підсмоктує грунтову воду з труби голкофільтра. Ґрунтова вода змішується з робочою водою і надходить наверх.
Рівень грунтових вод в глинистих ґрунтах може знижуватися голкофільтрами з використанням явища електроосмосу, суть якого полягає в тому, що при короткочасній дії постійного електричного струму у вологих глинистих грунтах виникає рух парової води від анода до катода.
Для цього занурені в грунт іглофільтри підключають до анода, а на відстані 2-2,5 м від голкофільтрів занурюють в грунт металеві труби, які з'єднують з катодом. При цьому грунт зневоднюється і ущільнюється.
Штучне закріплення ґрунтів може виконуватися: цементацией, силікатизацією, бітумізація, термічними і електрохімічними способами.
Цементація застосовується для закріплення крупно, середньозернистих пісків і тріщинуватих скельних порід шляхом нагнітання в грунт цементного розчину через ін'єктори. Залежно від розміру тріщини і пористості піску, якi характеризуються водопоглинанням, застосовують суспензію з відношенням цементу до води від 1: 1 до 1:10, а також цементні розчини з добавками глини, піску та інших інертних матеріалів. Радіус закріплення ґрунтів способом цементації становить: в скельних грунтах 1,2-1,5 м, в великих пісках 0,5 0,75 ми пісках середньої крупності 0,3-0,5 м. Розчин безперервно подають насосами під тиском. На один метр занурення ін'єктора для скельних ікрушюобло-мочно порід приймають тиск 0,025 МПа, для пісків середньої крупності і дрібних -0,1 МПа. Цементацію ведуть спадними зонами, причому нагнітання припиняють при досягненні заданого поглинання або коли зниження витрати розчину складе 0,5 л / хв протягом 20 хв (при заданому тиску).
Бітумізація застосовується для закріплення піщаних і сільнотрещіноватих скельних грунтів, а також для припинення через них фільтрації води. Гарячий бітум (марки БН-Ш і БН-V) нагнітають в грунт через ін'єктори, встановлені в пробурених свердловинах. До Ін'єктори, що обігрівається електричним струмом, гарячий бітум подається від котлів насосом по трубах при тиску, що досягає 5-8 МПа (подача насоса 0,5- 1 м3 / год).
Силікатизація застосовується для підвищення міцності, стійкості і водонепроникності піщаних сухих і водонасичених грунтів з коефіцієнтом фільтрації від 2 до 80 м / сут способом двухрастворного сілікатізаціі. При цьому способі в грунт послідовно нагнітають під тиском до 1,5 МПа розчин рідкого скла (силікат натрію) і хлористого кальцію, які в результаті хімічної реакції утворюють гель кремнієвої кислоти, гідрат окису кальцію (вапно) і хлористий натрій.
Для закріплення дрібних пилуватих пісків в грунт під тиском 0,5 МПа нагнітають слабкий розчин фосфорної кислоти з додаванням рідкого скла. У цьому випадку також відбувається хімічна реакція, яка утворює гель кремнієвої кислоти і фосфат натрій. Лесові ґрунти зміцнюють, нагнітаючи в них під тиском 0,5 МПа розчин рідкого скла, який, вступаючи в реакцію з містяться в цих грунтах солями кальцію, утворює гель кремнієвої кислоти, гідрат окису кальцію і сірчанокислий натрій.
Електричне і електрохімічне закріплення грунтів. Цей спосіб застосовують для глинистих і мулистих грунтів. Заснований він на тривалому впливі електроосмосу, в результаті чого грунти набувають нових властивостей, наприклад глина втрачає здатність пучіться. Електричне закріплення грунтів складається в пропущенні постійного струму напругою 30-100 В і щільністю від 0,5 до 7 А на 1 м2 вертикального перетину закріплюється шару грунту. Електродами є металеві стрижні або труби, які забивають в грунт паралельними рядами через 0,6-1 м. Для прискорення процесу закріплення в грунт вводять через трубу, що є катодом, розчин хлористого кальцію.
Термічне закріплення лесових грунтів складається в випалюванні їх гарячими газами, що утворюються від спалювання рідкого або газоподібного палива в свердловинах, пробурених в товщі закріплюється грунту. При товщині лесового грунту до 3 м застосовувати цей метод нераціонально.
Штучне заморожування ґрунтів застосовується для створення тимчасової льдогрунтового захисної стіни навколо виїмки.
Для створення такої стінки навколо котловану бурять свердловини діаметром 150-200 мм на відстані 1-3 м одна від одної. У свердловини спочатку опускають зовнішні труби з загостреним нижнім кінцем, а потім в ці труби вставляють внутрішні живлять труби меншого діаметру, відкриті знизу. Обидві труби утворюють заморожуючу колонку.
Для заморожування ґрунтів використовують холодильну установку. Охолоджуюча рідина - розсіл (розчини солей і ін.), З температурою від-20 до-25 ° С по внутрішній трубі надходить в зовнішню трубу замораживающей колонки, піднімається вгору по кільцевому простору між трубами, а потім прямує назад в холодильну установку. Розсіл в холодильній установці охолоджують так званими холодоагентами (аміак, рідше - вуглекислота).