5.7 Боротьба з підземними водами при зведенні та експлуатації споруд

При високому рівні ґрунтових вод, у період будівництва та експлуатації споруд застосовують штучне водозниження. Вибір раціонального способу водозниження залежить від характеру споруджуваного або побудованого об'єкта, геологічної будови та гідрогеологічних умов будівельного майданчика.

Тимчасове зниження рівня ґрунтових вод застосовують на період будівництва і називають будівельним водозниженням, а довгочасне - на період експлуатації споруд, і його називають дренажем.

У залежності від призначення та геологічних умов застосовують горизонтальні, вертикальні та комбіновані дренажні системи.

Горизонтальний дренаж забезпечує водозниження за допомогою канав, траншей та підземних галерей, які мають певний нахил у сторону їх підведення до відкритих водоймищ або у мережу зливової каналізації.

Горизонтальний дренаж може бути відкритим (тимчасове водозниження) та закритим (рис. 5.15). Найбільш простим та дешевим способом зниження рівня ґрунтових вод є відкритий дренаж. Але при ньому ґрунтові води можуть викликати обвалювання стінок канав, обпливання укосів котлованів та інші небажані явища.

.

Рисунок 5.15 - Дренажні траншеї:

а – відкриті; б – закриті

При закритому дренажі на дно траншеї кладуть перфоровані труби різного діаметра в залежності віт дебіту водоносного горизонту. При цьому живий перетин труби, тобто рівень води, що заповнює трубу, не повинен перебільшувати 2/3 її діаметра. Для запобігання замулення її обсипають декількома шарами піску та гравію. Глибина горизонтальних дрен не більше 5 - 6 м.

Вертикальний дренаж забезпечує зниження рівня ґрунтових вод за допомогою водознижуючих свердловин, відкачуванням насосами або водоскидом у нижчі водопроникні ненасичені водою гірські породи.

Найбільш розповсюдженим способом водозниження є система голкофільтрів з тонких металевих труб, які занурюють навколо котловану або по лінії, перпендикулярній течії ґрунтових вод. Нижні кінці труб обладнані фільтрами, а верхні приєднують до усмоктувального колектора. Легкий голкофільтровий пристрій знижує рівень ґрунтових вод на 4,5 - 5 м у піщаних породах з коефіцієнтом фільтрації від 1 – 2 до 40 ÷ 50 м/добу. Для зниження рівня води у пилуватих пісках та супісках з k_f = 0,01 ÷ 1,0 м/добу застосовують ежекторні голкофільтри, за допомогою яких у водонасичених ґрунтах утворюється вакуум, покращується водовіддача та посилюється ефект водозниження.

Якщо відстань між свердловинами менша двох радіусів депресії, то при одночасному відкачуванні води такі свердловини взаємодіють. Це призводить до змикання кривих депресії, утворення загальної зони зниження рівня підземних вод (рис. 5.16).

Рисунок 5.16 - Осушення будівельного котловану голкофільтрами:

1 – будівельний котлован; 2 – голкофільтри

Сумарний дебіт взаємодіючих свердловин при одному і тому ж рівні зниження завжди менше ніж сума дебітів поодиноких свердловин. Зменшення дебіту взаємодіючих свердловин викликано тим, що у кожній з них при одночасному відкачуванні води відбувається зниження загального рівня підземних вод.

Інтенсивність взаємодії водозабірних свердловин залежить від відстані між ними, параметрів водоносного шару, дебіту окремої свердловини тощо. Чим ближче розташовані свердловини, тим більший ефект взаємодії, тобто тим більше знижується рівень підземних вод.

Необхідну величину зниження при взаємодіючих свердловинах можна визначити за формулою Форхгеймера

,                 (5.29)

де Q_в - сумарний дебіт взаємодіючих свердловин, м³/добу;

R - радіус депресії  групи взаємодіючих свердловин, м;

 х₁, х₂. х_n - відстані від точки, для якої визначається зниження, до відповідних свердловин, м.

Сумарний дебіт взаємодіючих свердловин теж визначають за формулою Форхгеймера

                                     (5.30)

Радіус депресії групи взаємодіючих свердловин можна визначити за формулою І. П. Кусакіна.

У залежності від конфігурації в плані споруд застосовують лінійні, кільцеві (контурні) та площинні водознижуючі системи.

Лінійні системи водознижуючих установок використовують для захисту витягнутих в плані виробок типу траншей.

Кільцеві (або контурні) установки використовують при значних розмірах осушуваної зони, коли лінійні системи не можуть осушити водоносний пласт. У залежності від потрібної глибини зниження і складності гідрогеологічних умов використовують один або декілька контурів водознижуючих установок.

Площинні системи водознижуючих установок застосовують для зниження рівня підземних вод в межах усієї осушуваної зони.

При тривалому водозниженні (дренаж) застосовують головний береговий (лінійні системи), кільцевий (контурні системи) та систематичний (площинні системи) дренажі.

Головний дренаж використовують для зниження рівня ґрунтових вод, живлення яких відбувається зі сторони. Ґрунтові води перехоплюються горизонтальними або вертикальними дренами, які закладають вище осушуваної дільниці (рис. 5.17).

Береговий дренаж застосовують для перехоплення підземних вод, розташованих поблизу відкритих водоймищ. За його допомогою відводять фільтраційний потік, який рухається у берегову зону ріки у період повені при підвищенні рівня води у водоймищі.

Кільцевий дренаж проектують для боротьби з підтопленням окремих споруд з глибокими фундаментами, наприклад, підземних ємностей і резервуарів (рис. 5.18).

Рисунок 5.17 - Головний дренаж (план і розріз):

1 – котлован; 2 – вертикальні дрени; Н – потужність водоносного

горизонту; S – величина зниження рівня ґрунтової води; h – висота

зниженого рівня води; WL – рівень ґрунтових вод

Рисунок 5.18 - Кільцевий дренаж горизонтального типу:

1 – кільцева дрена; 2 – знижений рівень ґрунтових вод; 3 – резервуари

Він може забезпечити повне перехоплення води по контуру осушуваної дільниці, знизити напори та рівні підземних вод і тим самим запобігти спливанню підземних ємностей при їх спорожненні.

Систематичний дренаж доцільний для осушення рівнинної дільниці з неглибоким заляганням підземних вод. Дренаж складається з окремих дрен, які забирають воду з ґрунту, та колектора, який відводить воду за межі дренованої зони.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Що вивчає гідрогеологія?

2. Які види води знаходяться в гірських породах?

3. За якими ознаками і як класифікуються підземні води?

4. Назвіть основні фактори, які впливають на режим ґрунтових вод.

5. Як розділяються підземні води за мінералізацією?

6. Що таке жорсткість води і як вона розділяється за цією ознакою?

7. Як утворюється верховодка і чим вона небезпечна для будівництва?

8. Назвіть види агресії підземних вод та характер їх впливу на будівельні конструкції.

9. Сформулюйте і напишіть закон Дарсі.

10. Що таке коефіцієнт фільтрації і як він визначається у польових умовах?

11. Що таке гідрогеологічна карта і яку інформацію вона несе?

12. Як визначити напрям руху підземних вод по карті і у польових умовах?

13. Як здійснюється боротьба з ґрунтовими водами під час будівництва та експлуатації споруд?