Состав подготовительных и вспомогательных процессов при производстве земляных работ

В состав работ по возведению земляных сооружений входят подготовительные, вспомогательные и основные работы (процессы).

К подготовительным относят работы по очистке территории, сносу зданий и сооружений и т. п. (см. раздел II), снятию растительного слоя грунта, отводу поверхностных вод и геодезической разбивке земляных сооружений.

К вспомогательным относят работы по водоотливу и водопонижению, искусственному закреплению грунтов и ограждению выемок от грунтовых и поверхностных вод, устройству крепления котлованов и траншей.

Основными работами в комплексном процессе по возведению земляных сооружений являются рыхление, разработка и транспортирование грунта, отсыпка его и уплотнение, подчистка дна котлованов и траншей, отделка откосов насыпей.

Внеплощадочные подготовительные работы включают: прокладку подъездных путей к объекту строительства, линий электропередачи и телефонизации, сетей водоснабжения, канализации и ливневого водостока, при необходимости - жилых поселков для строителей и производственной базы строительных и монтажных организаций

Внутриплощадочные подготовительные работы включают: изучение инженерно-геологических свойств грунтов на площадке; создание геодезической разбивочной основы; освобождение площадки для производства на ней строительных работ - расчистку территории, снос строений; планировку территории; отвод поверхностных и грунтовых вод, при необходимости искусственное понижение уровня грунтовых вод; перекладку существующих и прокладку новых инженерных сетей; устройство постоянных и временных дорог; обеспечение строительной площадки электроэнергией (в частности освещением); временное ограждение; обеспечение строительства противопожарным водоснабжением и инвентарем.

Площадку строительства оборудуют раздевалками-бытовками, столовой, помещениями производителей работ и другого технического персонала, душевыми, санузлами, складами для хранения строительных материалов, инструмента, временными мастерскими, навесами и т. д. Под эти сооружения можно использовать часть сносимых зданий, если они не попадают в габариты возводимого сооружения и, не будут мешать нормальному осуществлению строительных работ. Временные здания на строительной площадке обычно бывают инвентарными блочного или вагонного типа.

В подготовительный период прокладывают линии временного водоснабжения (включая противопожарный водопровод) и электроснабжения с подводкой энергии ко всем бытовкам и другим помещениям, а также к местам установки электрических механизмов. Помещение начальника строительства и прорабская должны быть обеспечены телефонной и другими современными средствами связи с персоналом внутри площадки и сторонними организациями.

На строительной площадке должно быть оборудовано место для временной стоянки строительных машин (землеройных, самоходных кранов, самосвалов), предусмотрена возможность их ремонта. Площадка должна быть ограждена, иметь закрывающиеся ворота, охрану; объект оборудуют и обозначают соответствующими знаками и надписями.

Геодезическая разбивка строительной площадки и будущих сооружений на этой площадке является основой геодезического обеспечения производства земляных и всех последующих строительных работ и включает в себя:

- создание опорной геодезической сети, разбивку площадки на квадраты с закреплением вершин реперами, поверочное нивелирование территории;

- разбивку зданий и сооружений на местности, привязку зданий к опорной геодезической сети или к существующим соседним зданиям;

- устройство обноски вокруг здания, закрепление осей.

Необходимые геодезические измерения выполняют нивелирами, теодолитами, зенит-приборами, лазерными построителями и электронными тахеометрами.

Нивелир - геодезический прибор для определения относительной высоты точек, переноса отметок от геодезических знаков на строительную площадку, определение поэтажного монтажного горизонта и оценка взаимного положения основных точек на плане этажа

Теодолит — оптический прибор для измерения или закрепления в натуре горизонтальных и вертикальных углов. Широко используется для переноса на этажи здания разбивочных осей с уровня земли.

Зенит-прибор предназначен только для переноса осей строго по вертикали. При возведении многоэтажных зданий и сооружений определение положения базовых элементов на каждом этаже находят от перекрестия основных осей здания. Зенит-прибор предназначен только для проецирования на новый монтажный горизонт с помощью оптического луча прохождения основных осей.

Лазерные построители плоскости, применимы для планировочных работ, для эффективной работы они снабжены компенсатором - устройством, автоматически устанавливающим вращающийся лазерный луч в горизонтальной плоскости. При плохой видимости луча или при работах на больших расстояниях используются специальные датчики, улавливающие луч даже в тех случаях, когда визуально определить его положение невозможно. Датчики с двух сторон снабжены жидкокристаллическими экранами, фиксирующими попадание на них лазерного луча; закрепляются они с помощью кронштейна на обычных нивелирных линейках.

Электронные тахеометры - инструменты, объединяющие в себе дальномер, цифровой теодолит с электронным измерением углов и модуль памяти для сохранения результатов измерений. Они обеспечивают высокую точность угловых и линейных измерений, освобождают от визуального снятия отсчетов, заметно повышают эффективность полевых работ за счет скорости "измерений. Угломерные отсчеты производятся автоматически с помощью специальных датчиков, что положительно сказывается на точности и скорости измерений. Расстояния до 200 м измеряются прибором с точностью в пределах 2...5 мм.

На стадии подготовки площадки к строительству должна быть создана опорная геодезическая разбивочная основа, главное назначение которой - привязать продольные и поперечные оси здания на местности. Эта основа служит геодезическому обеспечению на всех стадиях строительства и после его завершения и позволяет элементарно находить необходимые отметки как в плане, так и по вертикали. Исходными материалами для разбивки служат стройгенплан, рабочие чертежи сооружения и разбивочные чертежи. Геодезическая разбивка земляных сооружений осуществляется по геодезическому плану строительной площадки, составленному в том же масштабе, что и стройгенплан. На плане дана привязка к Государственной триангуляционной сети, а также к существующим зданиям и сооружениям. В соответствии с геодезическим планом определяют положение сооружения на местности, его привязку в горизонтальном и высотном отношениях.

Геодезическую разбивочную основу для определения положения объектов строительства в плане создают преимущественно в виде:

строительной сетки - продольных и поперечных осей, определяющих расположение на местности основных зданий и сооружений и их габаритов. Строительная сетка применима для разбивки значительных строительных площадок при строительстве крупного предприятия с рядом самостоятельных объектов или жилого микрорайона со всеми возводимыми зданиями (включая школу, детский сад, магазины, центральный тепловой пункт и т. д.);

красных линий (или других линий регулирования застройки) -продольных и поперечных осей, определяющих положение на местности и габариты здания; данная разбивочная основа применима для строительства отдельных зданий в городах и поселках, внутри уже сложившейся застройки. Строительную сетку выполняют в виде квадратов и прямоугольников, которые подразделяют на основные и дополнительные. Длина сторон основных фигур сетки 100...200 м, а дополнительных - 20...40 м.

При геодезической съемке и оформлении на местности строительной сетки должны быть обеспечены следующие условия:

- основные здания и сооружения должны оказаться внутри фигур сетки;

- линии сетки должны проходить параллельно основным осям возводимых зданий и по возможности ближе к ним;

- должны быть преодолены препятствия, мешающие непосредственным линейным измерениям.

Разбивку строительной сетки на местности начинают с выноса в натуру исходного направления, для чего используют имеющуюся в пределах строительной площадки (или вблизи от нее) геодезическую сеть. Осуществляется привязка к этой Государственной геодезической сети в горизонтальной плоскости (полярные координаты) и в высотной (для переноса вертикальных отметок на строительную площадку). Затем на исходных направлениях на всей площадке разбивают строительную сетку и закрепляют ее в местах пересечений знаками (постоянными и временными). В зависимости от размеров строительной площадки на ней могут быть постоянные знаки, выполняемые из забетонированных в грунт обрезков труб, рельсов, других металлических элементов. Основание знака (низ или опора) должно располагаться ниже границы промерзания грунта минимум на 1 м. Такой знак Государственной триангуляционной сети со своей высотной отметкой для привязки к ней строящихся зданий необходим на каждой крупной строительной площадке. Кроме постоянных знаков в строительной сетке применяют строительные реперы или временные знаки на пересечениях осей сетки. Назначение этих знаков - перенесение на местность строительной сетки, верхний уровень каждого репера должен быть на уровне планировки для данной точки местности.

Аналогично строительной сетке осуществляют перенос на местность красных линий застройки. В этом случае постоянных знаков разбивки в большинстве случаев не требуется, достаточно привязки к уже существующим, ранее построенным зданиям.

В комплекс работ по расчистке территории входят:

- пересадка или защита зеленых насаждений;

- расчистка площадки от ненужных деревьев, кустарника, корчевка пней;

- снятие плодородного слоя почвы;

- снос или разборка ненужных строений;

- отсоединение или перенос с площадки существующих инженерных сетей.

Пересадка зеленых насаждений. Законодательство об охране окружающей среды требует от строителей бережного отношения к природе, сохранения древесной растительности. Ценные деревья и кустарники, мешающие производству строительных работ, выкапывают и пересаживают на новое место или в охранную зону на территории строительной площадки.

Зеленые насаждения, не подлежащие вырубке или пересадке, обносят оградой, а стволы отдельно стоящих деревьев предохраняют от возможных повреждений защитой отходами пиломатериалов.

Расчистка от ненужных деревьев производится с помощью механических или электрических пил, тракторами. Трактора с трелевочно-корчевальными лебедками или бульдозеры с высоко поднятыми отвалами валят деревья с корнями и корчуют пни. Для корчевки отдельных пней диаметром до 50 см применяют те же трактора с лебедками, бульдозеры, специальные корчеватели-собиратели. Для корчевки пней с сильно развитой корневой системой или находящихся в мерзлых грунтах, допускается применять взрывной способ Кусторезом, являющимся навесным и сменным оборудованием на гусеничном тракторе, расчищают территорию от кустарника. Кусторез имеет раму с отвалами и ножи, с помощью которых срезают кусты и мелкий лес диаметром не более 20 см на уровне земли. Для этой же операции применяют бульдозеры с зубьями-рыхлителями на отвале и корчеватели-собиратели.

Сразу после уборки территории от пней и стволов деревьев выбираются обрывки корней из растительного слоя параллельными проходками корчевателей. Изъятые корни и остатки от разделки деревьев удаляют с расчищенной территории для последующего сжигания или вывоза.

Со строительной площадки должны быть убраны валуны. Они грузятся в транспортные средства, если умещаются в ковше экскаватора, более крупные перемещаются бульдозерами за пределы зоны работ. Валуны могут быть раздроблены на месте взрывным способом с помощью наружных или шпуровых зарядов.

Плодородный слой почвы, подлежащий снятию с застраиваемых площадей, срезают и перемещают бульдозерами или автогрейдерами в специально выделенные места, где складируют для последующего использования. Иногда его отвозят на другие площадки для озеленения. При работе с плодородным слоем следует предохранять его от смешивания с нижележащим слоем, от загрязнения, размыва и выветривания. В зимних условиях допускается снимать природный слой лишь при наличии соответствующего обоснования в проекте.

Снос зданий, сооружений и их фундаментов или разборку ненужных строений выполняют путем их членения на части (для последующего демонтажа) или обрушением. Деревянные строения разбирают, отбирая здоровые и целые элементы для последующего их использования.

Монолитные железобетонные и металлические строения разбирают по разработанной схеме сноса, обеспечивающей устойчивость строения в целом. Членение на блоки разборки начинают со вскрытия арматуры, далее блок раскрепляют, обрезают вскрытую арматуру и обламывают блок. Металлические элементы срезают после раскрепления. Наибольшая масса железобетонного блока разборки или элемента металлической конструкции не должна превышать половины допустимой при наибольшем вылете стрелы грузоподъемности монтажного механизма, участвующего при разборке.

Сборные железобетонные строения разбирают по схеме сноса, обратной схеме монтажа. Первоначально элемент разборки должен быть освобожден от всех наличных связей, включая сварку. Если отдельные сборные конструкции невозможно или затруднительно разбирать поэлементно, их расчленяют как монолитные конструкции. При разборке сборных элементов каркаса здания каждый отделяемый элемент должен предварительно раскрепляться и занимать устойчивое положение.

Снос зданий и сооружений, в том числе всех каменных, осуществляют обрушением гидравлическими молотами, отбойными молотками, в отдельных случаях экскаваторами с различным навесным оборудованием (шар- или клин-молотами). Обломки зданий сдвигают в сторону бульдозерами или загружают в транспортные средства. Вертикальные части строений для предотвращения разброса обломков по площади следует обрушивать внутрь разбираемого строения. В отдельных случаях обрушение разрешают осуществлять взрывным способом.

Для разрушения и сноса зданий и сооружений разработано и специальное оборудование. Выпускаются отбойные молотки с клапаном сохранения энергии, которая добавляется к следующему удару молота и продолжает увеличивать силу последующих ударов, пока материал не будет разбит. Разработано и применяется специализированное оборудование для разрезания металлического лома, разбивания бетона, утилизации крупных элементов и обломков от разборки зданий. Производится комплексное навесное оборудование - комбинация отбойного молотка и ножниц с мощными челюстями, которое позволяет легко разрушать бетон и резать арматуру. Применяются челюстные дробилки, предназначенные для конкретных задач - разбивания конструкции, регенерации, резки арматуры и измельчения.

Для сноса строений и размельчения железобетона нашли применение полноповоротные бетоноизмельчители с шириной захвата 620 мм и раскрытием зева более 1 м на базе экскаватора. Это оборудование полностью освобождает арматуру от бетона и перекусывает арматуру диаметром до 50 мм на стадии обрушения. Бетоноизмельчитель позволяет производить измельчение бетонного лома до необходимой кондиции непосредственно на месте сноса строения. Конструктивное решение механизма дает возможность осуществлять работы в стесненных условиях, не нанося ущерба близлежащим объектам или элементам конструкций. В процессе работы механизм создает минимальный уровень шума и не оказывает вибрационных воздействий.

Отсоединение или перенос с площадки существующих инженерных сетей является важным и обязательным элементом подготовки строительной площадки. В отдельных случаях на подготавливаемой строительной площадке могут быть расположены не только локальные, но и магистральные сети электроснабжения, водопровода, фекальной и ливневой канализации, газопровода, теплосети, телефонизации и телевидения. В этих случаях до начала строительства вышеназванные сети должны быть вынесены с территории застройки и проложены за пределами площадки, чтобы обеспечить бесперебойное функционирование магистральных сетей.

Перенос линий связи и электропередачи, подземных коммуникаций и других сооружений, обеспечивающих жизнедеятельность существующей застройки, но находящихся на территории осваиваемой строительной площадки и мешающих производству работ, осуществляют при подготовке территории строительной площадки. Такой перенос первоначально согласовывается и включается в проектную документацию. Осуществляется прокладка коммуникаций в обход строительной площадки с необходимым подключением потребителей, после чего мешающие строительству инженерные сети отключаются и удаляются. В процессе работ перенос осуществляется под наблюдением соответствующих организаций.

Подготовка и обустройство строительной площадки включают:

- сооружение временных дорог и подъездов к строительной площадке;

- прокладку временных коммуникаций;

- устройство площадок для стоянки строительных машин;

- ограждение строительной площадки;

- подготовку временных бытовых помещений.

Устройство временных дорог является составной частью инженерного обеспечения строительной площадки. Для транспортирования грузов на строительную площадку и с нее необходимо максимально использовать существующую дорожную сеть и только по необходимости предусматривать устройство временных дорог, которые следует устраивать для двустороннего движения; однополосные дороги допускаются при организации кольцевого движения. Ширина проезжей части землевозной дороги при двустороннем движении транспорта должна быть 6 м, при одностороннем — 3,5 м, ширина обочин - не менее 1 м. В стесненных условиях строительной площадки ширина обочины может быть уменьшена до 0,5 м. Обочины не предусматриваются на дорогах без покрытия.

Минимальный радиус дорог на строительных площадках допускается 15 м, а наибольший уклон - 8%. При прокладке дорог в выемке необходимо устраивать кюветы для обеспечения стока вод с уклоном не менее 3%.

В подготовительный период прокладывают сети временных коммуникаций. Сюда входят линии временного водоснабжения, включая противопожарный водопровод, теплоснабжения, электроснабжения с подводкой электроэнергии ко всем бытовкам, другим помещениям и зданиям, местам установки электрических механизмов. Прорабская должна быть обеспечена телефонной и диспетчерской связью. В случае невозможности подключения к магистральным канализационным сетям устраивают септик.

На строительной площадке оборудуют площадку для стоянки и ремонта машин (землеройных и автомобилей). Площадку обязательно ограждают и обозначают соответствующими знаками и надписями.

На площадке строительства устраивают временные здания. К ним относятся:

- раздевалки-бытовки,

- столовая,

- душевые,

- контора производителя работ,

- санузлы,

- склады для хранения строительных материалов и инструмента,

- навесы и т. д.

Площадка под временными зданиями предварительно планируется для обеспечения стока поверхностных вод. Под эти времянки целесообразно использовать часть сносимых зданий, если они не попадают в габариты возводимого сооружения, и не будут мешать нормальному осуществлению строительных работ, а также инвентарные здания вагонного или блочного типа.

Первоначальная планировка строительной площадки производится для выравнивания территории после производства всех выше перечисленных подготовительных работ и предшествует работам по подготовке и освоению площадки под котлованом.

Разбивка зданий и сооружений на местности. Разбивку котлованов под фундаменты зданий производят по рабочим разбивочным чертежам, где за оси координат принято пересечение взаимно-перпендикулярных осей здания.

Вертикальную привязку здания производят к геодезическому реперу Государственной сети. Отметку репера переносят на строительную площадку с помощью нивелира и закрепляют на ближайшем существующем здании или на металлической трубе, прочно закрепленной в "грунте.

Производство земляных работ на строительной площадке разрешается только после выполнения геодезических работ по разбивке земляных сооружений и установке соответствующих разбивочных знаков. Разбивку производят с помощью геодезических инструментов - теодолитов и нивелиров.

Устройство обноски, закрепление осей. Для детальной разбивки осей зданий, обозначения контура котлованов и закрепления их на местности служит строительная обноска. Она может быть сплошной по всему периметру здания и прерывной. Прерывная обноска удобнее, так как не затрудняет передвижения строительных машин и транспорта на объекте. Устанавливается обноска с использованием геодезических инструментов параллельно основным осям, образующим внешний контур здания на расстоянии, обеспечивающем неизменяемость ее положения в процессе строительства.

Все данные с разбивочного чертежа выносятся на обноску. На обноске, в частности, отмечают основные оси здания и закрепляют их гвоздями; сами оси, продольные и поперечные, реализуются с помощью туго натянутой проволоки или шнура, которые закрепляются на этих гвоздях. Для легкого нахождения знака закрепления оси при производстве работ обычно устанавливают штыри — контрольные знаки закрепления осевых линий. Обычно это арматурные стержни, забиваемые в грунт и выступающие над поверхностью земли на 2...6 см на расстоянии 5... 10 м от обноски.

Разбивка сооружений состоит в установлении и закреплении их положения на местности. Разбивку осуществляют с помощью геодезических инструментов и различных измерительных приспособлений.

Разбивку котлованов начинают с выноса и закрепления на местности в соответствии с проектом строительства основных рабочих осей, за которые обычно принимают главные оси здания. После этого вокруг будущего котлована на расстоянии 2...3 м от его бровки параллельно основным разбивочным осям устраивают обноску.

Обноска разового использования состоит из забитых в грунт металлических стоек или вкопанных деревянных столбов и прикрепленных к ним досок. Доска толщиной не менее 40 мм должна иметь обрезную грань, обращенную кверху, и прикрепляться не менее чем на три столба строго горизонтально. Более совершенной является инвентарная металлическая обноска. Для пропуска транспортных средств в обноске устраивают разрывы. При значительном уклоне местности обноску делают уступами.

На обноску переносят основные разбивочные оси и, начиная от них, размечают все основные оси здания. Все оси закрепляют на обноске гвоздями или пропилами и нумеруют. На металлической обноске разметку осей осуществляют краской. Размеры котлована поверху, а после его отрывки и понизу, а также другие характерные точки отмечают хорошо видимыми колышками или вехами. После возведения подземной части здания основные разбивочные оси переносят на его цоколь.

Для линейно протяженных сооружений (траншей) устраивают только поперечные обноски, которые располагают на прямых участках трассы через 50 м, на закруглениях - через 20 м. Обноску устраивают также на всех пикетах и точках перелома профиля трассы

Водоотлив и понижение уровня грунтовых вод

При устройстве выемок, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо осушать водонасыщенный грунт и обеспечивать его разработку в нормальных условиях. Кроме этого необходимо предотвращать попадание грунтовой воды в котлованы, траншеи и выработки в период производства в них работ.

Эффективным технологическим приемом решения таких задач является откачка грунтовой воды. Котлованы и траншеи при небольшом притоке грунтовых вод разрабатывают с применением открытого водоотлива, а если приток воды значителен и большая толщина водонасыщенного слоя, подлежащая разработке, то до начала производства работ уровень грунтовых вод искусственно понижают с использованием различных способов закрытого водоотлива, называемого водопонижением.

Открытый водоотлив применяют для откачки протекающей воды непосредственно из котлованов или траншей насосами. При открытом водоотливе грунтовые воды просачиваются через откосы и дно котлована и направляются по прорытым водосборным канавам или лоткам к специально устроенным в пониженной части котлована приямкам, называемым зумпфами, откуда вода выкачивается диа-фрагмовыми или центробежными насосами соответствующей производительности. Насосы подбирают в зависимости от дебита (притока) вод, а сам дебит рассчитывают по формулам установившегося движения грунтовых вод.

Водосборные канавы устраивают шириной по дну 0,3...0,6 м и глубиной 1...2 м с уклоном 0,01...0,02 м в сторону приямков. Сами приямки в устойчивых грунтах крепят в виде деревянного сруба без дна, а в оплывающих грунтах еще шпунтовой стенкой.

Открытый водоотлив является простым и доступным способом борьбы с грунтовыми водами, но имеет серьезный технологический недостаток. Восходящие потоки грунтовой воды, протекающей через стенки и дно котлованов и траншей, разжижают грунт и выносят из него на поверхность мелкие частицы. В результате такого вымывания этот способ имеет ряд существенных недостатков:

- снижается естественная прочность основания выемки за счет размыва его проточной водой;

- наличие воды на дне выемки затрудняет разработку грунта;

- требуется крепление стенок выемок, так как движение воды к зумпфам приводит в движение и фунты;

- подток воды к водосборной канаве может вызвать ослабление оснований зданий и сооружений, расположенных рядом со строящимся объектом.

В тех случаях, когда водоотлив оказывается нецелесообразным, применяют искусственное понижение уровня грунтовых вод (водопонижение).

Водопонижение обеспечивает снижение уровня грунтовых вод (УГВ) ниже дна будущей выемки. Понижение уровня грунтовых вод состоит в откачке грунтовых вод глубинными насосами из шахтных колодцев (рис. 5.2) или буровых водопонижающих скважин, расположенных в непосредственной близости от будущего котлована или траншеи. При этом УГВ резко понижается, ранее насыщенный водой грунт и теперь обезвоженный, разрабатывается как грунт естественной влажности. При водопонижении появляется возможность сохранять в целостности откосы выемок и предотвращать вынос частиц грунта из-под фундаментов ближайших зданий.

Для искусственного водопонижения разработано несколько других эффективных способов, основными из которых являются иглофильтровой, вакуумный и электроосмотический

Иглофильтровый способ искусственного понижения УГВ основан на использовании иглофильтровых установок, состоящих из стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части (иглофильтр), водосборного коллектора на поверхности земли и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем. Стальные трубы погружают в обводненный грунт по периметру котлована или вдоль траншеи.

Иглофильтр состоит из двух частей: фильтрующего звена и надфильтровой трубы (диаметр иглофильтра 40...50 мм). Фильтрующее звено в свою очередь состоит из внутренней глухой и наружной перфорированной труб. Эта труба с наружной стороны обмотана проволокой, усилена фильтрационной и защитной сетками; снизу труба заканчивается фрезерным наконечником, внутри которого размещены шаровой и кольцевой клапаны.

Для опускания иглофильтра в рабочее положение при сложных грунтах применяют пробуривание скважин, в которые и опускаются иглофильтры (при глубинах до 6...9 м). В песках и супесчаных грунтах иглофильтры погружают гидравлическим способом (рис. 5.4, б), путем подмыва грунта под фрезерным наконечником водой с напором до 0,3 МПа. Поступая в верхнюю часть наконечника, вода опускает шаровой клапан, поступает под давлением к низу наконечника, размывает окружающий грунт, в том числе и по периметру трубы. Под действием собственной массы иглофильтр погружается в грунт, кольцевой клапан в процессе погружения трубы закрывает пространство между наружной и внутренней трубами. После погружения иглофильтра на рабочую глубину полое пространство вокруг трубы частично заполняется просевшим грунтом, частично засыпается крупнозернистым песком или гравием.

При включении всей системы на режим откачки воды, шаровые клапаны иглофильтров вследствие ползучести и под влиянием вакуума поднимаются вверх и закрывают отверстие, одновременно кольцевой клапан опускается, открывая путь грунтовой воде через ячейки сеток в пространство между трубами и далее во внутреннюю трубу.

Иглофильтры позволяют при одноярусном расположении понизить уровень грунтовых вод на 4...5 м, при двухъярусном - на 7...9 м. Иглофильтры располагают на расстоянии 0,5 м от бровки котлована или траншеи. Узкие траншеи глубиной до 4,5 м и шириной до 4 м осушают одним рядом иглофильтров, при большей ширине и глубине - двумя рядами.

Расстояние в ряду между иглофильтрами назначают в зависимости от свойств грунта и глубины понижения уровня грунтовых вод. Для среднезернистых грунтов при коэффициенте фильтрации 2...60 м/сут расстояние принимают в пределах 1—1,5 м, в сильно фильтрующих крупнопесчаных и песчаногравелистых грунтах расстояние сокращают до 0,75 м.

Иглофильтровая установка состоит из ряда иглофильтров, погружаемых в грунт по периметру будущего котлована, по одной или двум сторонам траншеи. На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке. При работе насосов в режиме откачки воды благодаря дренирующим свойствам грунта уровень воды в иглофильтре и окружающих грунтовых слоях понижается, что приводит к образованию нового УГВ, который называется депрессионной кривой.

Вакуумный способ водопонижения основан на использовании эжекторньгх водопонизительньгх установок. Эти установки используют для понижения уровня грунтовых вод в мелкозернистых грунтах (мелкозернистые и пылеватые пески, супеси, илистые и лессовые грунты с коэффициентом фильтрации 0,02... 1 м/сут), в которых применять легкие иглофильтровые установки нецелесообразно. При работе вакуумных водопонизительных установок вакуум возникает в зоне эжекторного иглофильтра.

Эжекторная установка применима для понижения уровня грунтовых вод одним ярусом до глубины 15...20 м; оптимальные условия для работы эжектора - 8... 18 м. Фильтровое звено эжектора решено по принципу легкого иглофильтра, а надфильтровое звено состоит из наружной и внутренних труб с эжекторной насадкой. Погружение в грунт колонки надфильтровых труб осуществляется, как и у иглофильтра, гидравлическим способом, грунт размывается, труба опускается под действием силы тяжести. Когда колонка опустилась до необходимого уровня во внутрь ее опускают внутреннюю трубу с эжектором.

В рабочий период к насадке эжектора подается рабочая вода с поверхности под давлением 0,75...0,8 МПа в кольцевое пространство между внутренними и наружными трубами. Выходя из эжекторной насадки, струя этой воды создает разряжение в окружающем кольцевом пространстве и подсасывает воду из основной рабочей трубы. В результате резкого изменения скорости движения рабочей воды в насадке создается разрежение и тем самым обеспечивается подсос грунтовой воды. Грунтовая вода, смешиваясь с рабочей, поступает по трубе наверх под действием всасывающего насоса в циркуляционный резервуар. Откаченная из грунта вода отводится из водосборного резервуара самотечным трубопроводом за пределы котлована или строительной площадки.

Явление электроосмоса используют для расширения области применения иглофильтровых установок в грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,05 м/сут. В этом случае наряду с иглофильтрами в грунт на расстоянии 0,5... 1 м от иглофильтров со стороны котлована погружают стальные трубы или стержни на глубину, идентичную погружению иглофильтров. Иглофильтры подключают к отрицательному (катод), а трубы или стержни - к положительному полюсу источника постоянного тока (анод) (рис. 5.5, б).

Электроды размещают относительно друг друга в шахматном порядке. Шаг, или расстояние анодов и катодов в своем ряду принимают одинаковым в пределах 0,75...1,5 м. В качестве источника электропитания применяют сварочные аппараты или передвижные преобразователи электрического тока. Мощность генератора постоянного тока определяют из необходимой силы тока 0,5.-1 А на 1 м2 площади электроосмотической завесы при напряжении в цепи 30...60 В. Под действием силы электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, освобождается и перемещается по направлению к иглофильтрам. Благодаря электроосмосу коэффициент фильтрации грунта возрастает в 5...25 раз.

Применение каждого из описанных методов понижения уровня грунтовых вод зависит от мощности водоносного слоя, коэффициента фильтрации грунта, параметров земляного сооружения и строительной площадки. Решение о выборе метода должно быть также обосновано и с позиций охраны окружающей среды и экологической безопасности возводимого объекта.

Использование установок для искусственного водопонижения вызывает необходимость решения задач экологического характера. В первую очередь - это необходимость применения экологически чистых технологий, которые не допускали бы загрязнения подземных вод, попадания в них вредных примесей.

Нередко при интенсивной откачке грунтовых вод в районе строительства нарушаются гидрогеологические условия, взаимосвязь подземных вод с поверхностными, в результате чего могут произойти нарушения действующих водозаборных систем, осушение родников и т. д. Продолжительные откачки грунтовых вод особо опасны на застроенных городских территориях, так как они могут вызвать оседание земной поверхности, деформации зданий и сооружений, смещение осей инженерных сетей. Поэтому выбор способов защиты земляных сооружений от воздействия подземных вод должен сопровождаться анализом и разработкой соответствующих природоохранных мероприятий.