Гидравлический способ погружения иглофильтров

Технология водопонижения иглофильтрами

Сущность технологии метода водопонижения с помощью иглофильтровых установок заключается в создании депрессионной (пониженной) поверхности уровня грунтовых вод по периметру строительного объекта с помощью устройства контура тонких глубинных фильтрующих элементов — иглофильтров (игл).

Игольчатые фильтрующие элементы погружаются в грунт на необходимую глубину (ниже естественного уровня грунтовых вод — УГВ) и с определённой частотой (расстоянием между точками установки), объединяются в линейные коллекторные группы, которые соединяются с вакуумным насосным агрегатом, обеспечивающим всасывание и последующий выброс дренируемых вод в удалённое место или водосток.

Схемы установки иглофильтров в один и два ряда.
1 — иглофильтровая колонна, 2 — фильтрующий элемент, 3 — приёмный коллектор, 4 — естественный, статический уровень грунтовых вод (до понижения), 5 — депрессионная линия или динамический уровень грунтовых вод (после или во время понижения).

Технологическая схема расстановки иглофильтров при водопонизительных работах. 3d-схема образования депрессионной поверхности УГВ вокруг места применения игольчатых фильтров.
1 — насосный агрегат, 2 — всасывающий коллектор, 3 — соединительные рукава, 4 — элементы соединения (БРС, хомуты, патрубки), 6 — сборный иглофильтр (колонна), 7 — пониженный УГВ, депрессионная кривая, 8 — сетчатый фильтрующий элемент (ФСК) иглы.

Применению метода водопонижения иглофильтрами предшествует этап гидрогеологических изысканий, подготовки проекта и составление плана производства работ (ППР) на объекте. На основании проекта водопонизительных работ рассчитывается необходимый тип и количество насосных установок, станций водопонижения, а также размер контура коллекторов и количество требуемых иглофильтров.

Игольчатый фильтр получил своё наименование из-за характерного соотношения геометрических размеров конструкции: при диаметре всего 40-60 мм его длина составляет до 9000 мм. Сетчатые фильтрующие элементы ФСК иглофильтров обеспечивают сбор воды для её последующей подачи в вакуумную магистраль. В зависимости от типа грунта подбираются параметры фильтрующих элементов: размер ячейки сетки и проходной диаметр отверстий внутренней трубки. Количество устанавливаемых иглофильтров и расстояние между ними по контуру объекта определяется мощностью водяных пластов (водонасыщенностью) и водопроницаемостью грунта.

Для реализации технологии водопонижения иглофильтрами необходимы насосные агрегаты, способные создавать разряжение на входном коллекторе (вакуум). К таким механизмам на сегодняшний день относятся лёгкие иглофильтровые установки (ЛИУ) и установки вакуумного водопонижения (УВВ).

Установка иглофильтров по периметру объекта осуществляется одним из двух способов: гидравлическим замыванием реверсной струёй воды, либо предварительным бурением скважин с последующим погружением и обсыпкой крупнозернистым песком или мелким гравием. Глубина погружения или размещения нижнего звена — фильтрового элемента задаётся проектом; но в общем случае можно принять, что он должен быть расположен ниже расчётного уровня уже пониженных грунтовых вод.

Следует иметь ввиду, что так как технически ни один из вакуумирующих агрегатов не способен на сегодняшний день создавать разряжение выше 100 кПа (1,0 кгс/см.кв.), то возникает ограничение на максимально допустимую длину иглофильтра, иглофильтровой колонны или глубину его погружения в грунт от линии приёмных коллекторов — до 9,5-10 метров. Поэтому, если требуется производство работ по водопонижению, обеспечивающих большие глубины депрессионной поверхности, то используется либо технология многоярусной установки иглофильтров, либо иные технологические методы. К числу альтернативных технологий глубинного водопонижения относится обустройство буровых скважин или артезианских колодцев с погружными насосами, а также использование эжекторных иглофильтровых установок.

Источник

Монтаж и демонтаж иглофильтровых установок на примере ЛИУ-6

Монтаж установки состоит из подготовительных работ, монтажа всасывающего коллектора, погружения иглофильтров в грунт, соединения иглофильтров со всасывающим коллектором и монтажа насосных агрегатов.

До начала монтажа установок подбирают необходимое оборудование в соответствии с проектом водопонижения; звенья всасывающего коллектора и все фасонные части осматривают, очищают и освобождают от случайно попавших предметов; проверяют исправность насосных агрегатов, правильность центровки валов насоса и электродвигателя; звенья надфильтровых труб подбирают так, чтобы была обеспечена необходимая длина иглофильтров; звенья фильтровых труб иглофильтров тщательно проверяют (сохранность фильтровой сетки, наличие клапана и его всплывание).

Затем на строительной площадке намечают линии иглофильтров и места расположения насосных агрегатов. Всасывающий коллектор и насосы рекомендуется располагать на возможно более низких отметках (ближе к непониженному уровню грунтовых вод). Всасывающий коллектор укладывают на деревянных подкладках в летних условиях горизонтально, в зимних — с уклоном от насоса (уклон 0,005). Патрубки для присоединения иглофильтров следует располагать под углом 45° в сторону иглофильтров. Звенья коллектора соединяют между собой на фланцах с резиновыми прокладками. Если откачка воды производится более чем одним насосом, коллектор следует разделить задвижками на секции так, чтобы каждый насос откачивал воду, из одной секции. Для отвода откачиваемой воды прокладывают лотки или трубы.

В зависимости от гидрогеологических условий, а также особенностей строительной площадки, погружение иглофильтров в грунт может быть осуществлено гидравлическим способом или путем установки их в предварительно пробуренные скважины.

Для гидравлического погружения иглофильтров устанавливают источники водоснабжения (водоем, река, водопровод ), заранее намечая места подключения электродвигателей насосов к источникам электропитания.

Процесс гидравлического способа погружения иглофильтров

Вода под напором 2-6 ати нагнетается в надфильтровые трубы и внутреннюю трубу фильтрового звена, в результате чего клапан иглофильтра отжимается от седла к стопорному болту (рис. 1) и открывает путь воде во фрезерный наконечник и далее в грунт. Попадая в грунт, вода поднимается по затрубному пространству на поверхность земли, вынося с собой частицы размываемой породы, в результате чего иглофильтр погружается под действием собственного веса.

Рис. 1. Схематическое изображение работы иглофильтра
а — при погружении иглофильтра в грунт; б — при откачке воды

При откачке воды из грунта шаровой клапан под действием пониженного давления в иглофильтре принимается к седлу и препятствует таким образом попаданию загрязненных вод в иглофильтр через наконечник. Следовательно, откачиваемая вода может поступать в иглофильтр только через фильтровую сетку, очищенная от частиц грунта.

Гидравлическое погружение иглофильтров применяют в песках от мелкозернистых до крупнозернистых гравелистых. При этом незначительные по мощности прослойки суглинков и супесей в толще песков тоже размываются.

Источник

Водопонижение грунтовых вод на строительных площадках.

Зачастую грунтовые воды находятся достаточно высоко, чтобы мешать рытью котлована, заливке фундамента или установке свай. В таких случаях необходимо реализовать систему мероприятий, призванных осушить участок на нужную глубину. Водопонижение грунтовых вод на строительных площадках имеет своей целью трансформацию консистенции грунта лишь на временной основе. То есть, до тех пор, пока строительство не пройдет этап гидроизоляции фундамента и не поднимется выше уровня грунтовых вод (УГВ).

Различных способов осушить грунт довольно много, к тому же они часто комбинируются. Для правильного выбора подходящей методики проводят гидрогеологическое исследование. Его цель — определить количество, качество, происхождение грунтовых вод, а также состав грунта и его фильтрационные способности. По результатам анализа полученной информации принимается решение о методике понижения УГВ в данном конкретном случае.

Классификация и методология способов водопонижения

Учитывая, что не бывает одинаковых гидрогеологических условий, способы понижения воды на строительных участках постоянно дополняются. Порой применяемая методика представляет собой систему из множества позиций. Поэтому классифицируются они по нескольким признакам.

По используемому методу

• С применением иглофильтров – колодцев из трубных секций диаметром 40-70 см, нижний сегмент которых представляет собой фильтрационное звено с режущим наконечником. С помощью этого наконечника и мощной струи иглофильтр погружается в грунт гидравлическим способом. Установки являются частью системы для понижения уровня воды на участке.
• Открытый способ предполагает защиту котлована сплошными свайными или шпунтовыми стенками, укрепляющими откосы. Шпунты не пропускают воду, позволяя просачиваться ей лишь на уровне дна, где находятся приготовленные водосборники.
• Закрытый метод заключается в бурении на территории строительного участка приемных колодцев. Затем, по мере их наполнения, вакуумным либо гравитационным способом, из этих водосборников откачивают воду, производя водопонижение котлована.
• Уплотнение грунта производится несколькими способами, еще и укрепляющими его: заморозка, цементация, битумизация, а также закачка в грунт жидкого стекла (силикатизация). Замораживание грунтовых вод – временное мероприятие, но прочие технологии дают постоянный эффект. Это — несомненный плюс, особенно при возведении крупных подземных объектов (станции метро, тоннели, паркинги и пр.). Инъекционные трубы иногда используют в качестве электродов, применяя электросиликатизацию, значительно ускоряющую и усиливающую уплотнение пород.
• Пневматическое водоотведение , называемое еще отжатием, предполагает создание высокого давления в глубине грунта. Метод позволяет отжать воду по вертикали, а также по горизонтали давлением сжатого воздуха. Основная его особенность в том, что отжим получается быстрым и эффективным, но краткосрочным.
• Электроосмотическое водопонижение заключается в погружении в грунт больших металлических стержней – катодов, анодов. Электромагнитные поля, возникающие при подаче постоянного тока, изменяют направление движения подземных потоков, что приводит к понижению уровня грунтовых вод. Кроме того, данный способ значительно повышает несущую способность грунта, а также понижает его растворимость водой. Происходит это за счет возникновения гидроксида того металла, из которого сделаны аноды, и уплотнения этими гидроксидами грунтовых пород путем диффузии.

По глубине и времени проведения работ

• Поверхностное водоотведение заключается в бурении скважин с поверхности земли вокруг котлована. Эти мероприятия приводят к образованию стабильной депрессионной воронки (участка с пониженным давлением). Теперь, при наличии пород глубже водоносного уровня, способных поглощать воду, ее не выкачивают наверх, а продавливают по скважинам вниз. При наличии подходящих гидрогеологических условий, такая схема очень эффективна для водопонижения котлована. Однако имеет серьезный недостаток – все или почти все скважины должны работать одновременно и стабильно.
• Подземное понижение УГВ предполагает бурение скважин с дна выработки. Данный способ эффективен при любых условиях, но более трудоемок и длителен.
• Комбинированный способ применяют, когда поверхностное осушение не дало нужного результата.
• Предварительное водоотведение производится до начала нулевого этапа строительства. Применяется при наличии мощных водоносных слоев с целью создания условий для начала строительных работ.
• Параллельное водопонижение на строительной площадке осуществляют одновременно с копкой котлована, траншеи.

Учитывая, что система методик так сложна и разнообразна, подробное рассмотрение здесь имеют лишь некоторые ее компоненты. Те, что являются универсальными, а также используются при реализации практически любых мероприятий данной тематики.

Технология водопонижения иглофильтрами и ее методики

Эта технология представляет собой применение системы иглофильтровых установок, смонтированных через каждые 1.5 м вокруг котлована или траншеи. Агрегаты соединяются между собой водосборным коллектором на поверхности земли. Откачка воды производится насосной установкой, оборудованной помимо основных, резервными насосами для водопонижения.

Попутно с откачкой воды из установок, понижается УГВ в близлежащих слоях благодаря дренирующим свойствам грунтовых пород. Тем самым создается так называемая депрессионная линия – новая граница УГВ.

Методика погружения иглофильтра

Для погружения иглофильтровых установок применяют два метода: с помощью предварительно пробуренных скважин, а также посредством закачиваемой в трубу воды под большим давлением (300 кПа). Нижнее звено установки – фильтрационное, которое состоит из перфорированной внешней трубы и цельной внутренней. Снизу внешней трубы имеется режущий наконечник, а также два клапана, работающие при погружении иглофильтра в землю гидравлическим методом.

Доходя до конца внешней трубы, напор воды выдавливает шаровой клапан вниз, а второй — кольцевой – вверх. При этом герметизируется технологический зазор между внешней и внутренней трубами. Затем напор, выходящий из наконечника, подмывает грунтовую породу, благодаря чему иглофильтровая установка погружается глубже. Когда же начинается отсос воды, во внутренней трубе создается разрежение, способствующее возвращению клапанов в исходное положение. Из-за того, что кольцевой клапан уходит вниз, зазор между трубами открывается, а грунтовая вода, пройдя через фильтрационное звено, попадает в нижний конец внутренней трубы.

Применение иглофильтровой системы водопонижения

На участках с песчаным грунтом использование иглофильтров дает максимальный эффект. Здесь понижение УГВ с помощью одноярусных агрегатов в средних условиях достигает 5 м . При необходимости более глубокого осушения требуется применение двухъярусных установок.

Эжекторы

Эжекторные установки для водопонижения иглофильтрами представляют собой систему с высоким давлением воды. На поверхности земли смонтирован насос с циркуляционным баком, от него идет распределительный коллектор, через который вода опускается в эжекторы.

Эжектор – это водоструйный насос, помещенный внутрь второго снизу яруса иглофильтра.

После прохода эжекторной насадки под давлением свыше 0.7 МПа, водяной столб по внутренней цельной трубе поднимается вверх, создавая вакуум в эжекторе. Благодаря этому происходит откачка грунтовой воды в циркуляционный бак, куда она попадает вместе с рабочей. А ее отвод из бака обеспечивается обычными насосами либо гравитацией.

Данный метод настолько значительно повышает эффективность мероприятий по понижению УГВ, что имеет принципиальное значение. Особенно это касается работ по осушению грунтовых пород с низкими фильтрационными свойствами.

Электроосмос

Согласно законам электрокинетики, пористые тела имеют свойство перераспределять влагу внутри себя под воздействием электрического поля. Часть объема тела, имеющая положительный заряд, отдает влагу той части, которая имеет отрицательный заряд.

Практически это происходит следующим образом: на расстоянии 1-1.5 м в сторону выработки от иглофильтровых установок, в землю помещают металлические стержни. На иглофильтры подают постоянное напряжение (отрицательный полюс), а на стержни – напряжение от положительного полюса источника тока. Под воздействием образовавшегося электрического поля влага высвобождается из близлежащей грунтовой породы, перемещаясь при этом в сторону иглофильтровых агрегатов. Такая технология повышает фильтрационные возможности грунта более чем в 20 раз.

Вакуумное водопонижение

Принцип действия данной технологии основан на создании пониженного давления (вакуума) внутри колодцев или скважин. Иглофильтровые установки часто используются, как необходимые для вакуумного водопонижения скважины. Такое понижение УГВ необходимо, когда влага не может поступать в приемник (колодец) самотеком из грунтовых пород достаточно интенсивно. Например, по причине их низкой способности пропускать влагу. Однако использование иглофильтров, как колодцев или скважин, возможно лишь при полной изоляции от атмосферного давления.

Водопонижение котлована вакуумной установкой, видео:

При необходимости осушения грунтовых пород на глубину более 20 м применяются специальные скважины диаметром 40 см, оборудованные фильтрами. Мощные насосы высокого давления производят откачку грунтовых вод из таких скважин.

Источник