книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

Насос типа АНТ состоит из следующих основных частей (рис. 2.20): электродвигателя, рабочего (трансмиссионного) вала, напорного трубопровода, центробежного, многоступенча­ того секционного насоса и всасывающего устройства. Электро­

крепленных на трансмиссионном валу, заключенном в корпу­ се. Насос подвешивают к колонне нагнетательных труб. Опо­ рами вала служат резиновые вкладыши, закрепляемые плос­ кими пружинами. Рабочие колеса насоса, при своем вращении всасывают воду и нагнетают ее в каналы направляющего ап­ парата. Напор, развиваемый насосом, находится в прямой за­ висимости от числа рабочих колес.

Напорный трубопровод собирают из труб с наружным диа­ метром 127 мм. и длиной 2 м. Трубы соединяют между собой с помощью фланцев. Для пуска и безотказной работы арте­ зианского насоса необходимо полное погружение его в воду. Наиболее низкий уровень воды в водопонижающей скважине

должен быть не менее, чем на 1 м выше верхней секции на­ соса.

Насос типа А имеет конструкцию, аналогичную насосам АНТ.

Насосный агрегат с погружным электродвигателем (рис. 2.21) состоит из насоса, непосредственно соединенного с элект­ родвигателем, и 'всасывающего устройства. Насосный агрегат подвешен к колонне водонапорных труб. Насос с электродви­ гателем погружен ниже динамического уровня воды в сква­ жине. Для питания электродвигателя к колонне водонапорных труб крепят кабель.

Промышленность выпускает погружные насосные установ­ ки нескольких типов: ЭЦВ, АПТ, АЭНП, ЭПН. Среди них на строительных объектах наиболее часто применяют электрона­ сосы типа ЭЦВ, имеющие одинаковую принципиальную схему и отличающиеся подачей и напором.

Погружные насосы типа АПТ, АНТП, ЭПН применяют большей частью в горнорудных отраслях промышленности.

Рабочая часть погружных установок состоит из одноили многоступенчатого насоса с вертикальным расположением ва­ ла и электрического привода. В качестве привода используют

значаются мощность (кВт) и наименьший диаметр электродви­ гателя (мм)]. Насос расположен над электродвигателем и со­ единен с ним жесткой муфтой сцепления. Спускают рабочую часть насосной установки в скважину на водоподъемных тру­ бах, которые закрепляют на нижней части опорной плиты.

Кроме перечисленных элементов в комплект установки вхо­ дят: колено с фланцем и манометром, задвижка и станция автоматического управления, система САУНА, обеспечивающая автоматическое и ручное управление работой электронасоса, а также защиту электродвигателя и цепи управления от токов короткого замыкания и перегрузки.

Насосы типа ЗЦВ работают с подпором, величина которого для большинства моделей равна 1 м. Лишь для насосов ЭЦВ12-210-25 и ЭЦВ12-210-55 требуемая величина подпора составляет 2 м.

Погружные насосы имеют ряд преимуществ по сравнению с насосами типа АНТ: отсутствует приводной вал, что снижа­

можным использование их в искривленных скважинах; более простри монтаж и Демонтаж насосной установки; упрощается автоматизация работы насосной установки.

Монтаж насосов осуществляют по окончании работ по бу­ рению скважины и устройства в ней фильтра.

Перед монтажом насоса осуществляют пробную откачку во­ ды с целью полной очистки забоя скважины от бурового шла­ ма, декольматации прифильтровой зоны, устранения возмож­ ности песковаиия и подготовки скважины к установке в ней постоянного насоса. Пробную откачку продолжают до полного осветления воды. В процессе откачки воды определяют дебит скважины, достигаемое понижение уровня воды в скважине. После определения указанных величин приступают к монтажу насосного оборудования.

Перед монтажом насоса проверяют глубину скважины, по­ ложение уровня воды в скважине и при помощи специального шаблона состояние внутренней поверхности обсадных труб. В качестве шаблона применяют обсадные трубы длиной 5—7 м и диаметром, равным наибольшему диаметру насоса. Свобод­ ное перемещение шаблона по всей высоте скважины говорит о ее пригодности для монтажа насоса.

Насос с погружным электродвигателем перед монтажом устанавливают вертикально, заполняют внутреннюю поверх­

ность чистой водой, подсоединяют силовой кабель и проверяют сопротивление изоляции обмотки.

Спуск насоса с водоподъемными трубами в скважину осу­ ществляют с помощью буровой установки или автомобильного крана. Насос устанавливают на расстоянии не менее 1—2 м от дна отстойника. По окончании монтажа насоса и водоподъем­ ных труб над скважиной устанавливают опорную плиту с во­ доотводным коленом, гидравлической задвижкой и манометр. Напорный патрубок насоса соединяют с трубопроводом, отво­ дящим воду за пределы площадки водопонижения. После при­ соединения кабеля к пусковой станции скважину сверху закры­ вают для предохранения ее от загрязнения.

Монтаж глубинного насоса с электродвигателем, располо­ женным на поверхности, начинают с тщательной проверки трансмиссионного вала на прямолинейность — биение.. Допус­ тимое биение не должно превышать 0,2 мм на середине вала. Все узлы насоса монтируют в соответствии с требованиями заводской инструкции. По окончании монтажа над скважиной строят будку, в которой устанавливают пусковое электриче­ ское устройство и измерительные приборы.

Основным требованием к эксплуатации установок глубин­ ного водопонижения является снижение уровня подземных вод на требуемую глубину и поддержание его на этой глубине в течение всего срока производства строительных работ.

В процессе эксплуатации водопонизительных установок по­ стоянно контролируют их работу (проверяют показания ампер­ метра, определяют вибрацию насоса, наличие песка в откачи­ ваемой воде, периодически осуществляют замеры дебита и ди­ намического уровня воды).

Динамический уровень в скважине измеряют с помощью электроуровнемера— датчика, опускаемого в скважину на ка­ либрованном проводе по трубе малого диаметра, которую уста­ навливают при монтаже насоса. При контакте датчика с водой происходит замыкание электрической цепи, миллиамперметр отмечает импульс, и длина опущенного кабеля определяет по­ ложение динамического уровня.

По окончании водопонижения все оборудование демонтиру­ ют, а водопонизительные скважины ликвидируют. В зависимо­ сти от гидрогеологических условий, глубины и места располо­ жения скважин по отношению к ближайшим сооружениям про­ изводят ликвидационный тампонаж, который проводят почти во всех породах, кроме сыпучих и плывунов. В глинистых грун­ тах для этой цели применяют вязкую глину, а в скальных и полускальных — бетон.

Водопонижающие скважины ликвидируют также путем за­ качки в скважину цементного раствора. В особо сложных гор­ но-геологических условиях во избежание подвижек грунта и

просадочных явлений фильтровую и обсадную колонны не из­ влекают. Фильтровую колонну и межтрубные зазоры в этом случае цементируют.

2.5.5. Обработка скважин для увеличения водоотдачи

Для увеличения дебита водопонизительных скважин в не­ обходимых случаях проводят работы по интенсификации от­ бора воды. К числу таких мероприятий относятся: торпедиро­ вание, свабирование, вакуумирование, солянокислотная обра­ ботка, гидравлический удар в скважине.

Торпедирование является наиболее простым способом раз­ уплотнения породы для повышения ее водоотдачи путем взры­

разглинизации стенок скважины, а иногда и для высвобожде­ ния прихваченного в процессе бурения инструмента производят взрывы детонирующего шнура. Заряд, составленный из не­ скольких отрезков детонирующего шнура, соединенных голов­ кой с электродетонатором, и снабженный грузом, опускают на канате или бурильных трубах в заданное место и производят взрыв. В необходимых случаях выполняют последовательно несколько взрывов.

Иногда простреливают скважины с помощью пулевых или снарядных перфораторов различной конструкции. Торпедирова­ ние проводят, ка,д правило, при водопонижении в устойчивых породах.

Свабирование применяют для очистки фильтра и прифильтровой зоны в песках после кольматации буровым шламом или глинистыми частицами. Сваб (рис. 2.22) опускают» в фильтро-

Рис. 2.22. С хема свабировапия скважины:

вую колонну ниже уровня воды (но выше фильтра). При бы­ стром поднятии сваба вверх в скважине нарушается гидравли­ ческое равновесие, поэтому вода из пласта с большой скоро­ стью устремляется в скважину через отверстия фильтра, про­ мывает его и очищает прифильтровую зону от бурового шла­ нга и мелких частиц породы. Сваб поднимают несколько раз на возможно большую высоту. При работе сваба образуется не­ который вакуум (в «пределах 0,04—0,06 МПа — в зависимости от герметичности скважины), искусственно созданный перепа­ дом давления воды снаружи и внутри скважины, причем основ­ ной эффект достигается именно благодаря разности давлений. Чем глубже будет погружен сваб, тем больший перепад дав­ лений будет достигнут и тем больше будут скорости фильтра­ ционного потока. Однако при глубоком погружении сваба и последующем его подъеме могут возникать чрезмерно большие скорости фильтрации, создающие угрозу повреждения фильт­ ра. Поэтому при больших глубинах свабирование следует вести с постепенным заглублением сваба и при постоянном контроле инженерно-техническим персоналом.

Вакуумирование создает перепад давления снаружи и внут­ ри скважины, в результате чего возрастает приток воды в сква­

врезают воздухопровод вакуум-насоса. Для повышения дебита скважины периодически (через 15—20 сут) включают вакуум-

шегося режима вакуум-насос может быть отключен. Одна ва­ куумная установка может обслужить от пяти до восьми сква­ жин. Применение вакуумирования наиболее целесообразно в грунтах с низкими фильтрационными свойствами (коэффициент фильтрации до 0,1 м/сут).

Солянокислотную обработку прифильтровых зон проводят с целью увеличения дебита водопонизительных устройств, за­ ложенных в известково-доломитовых грунтах, и как средство борьбы с кольматацией прифильтровых зон й. зарастанием фильтров. Соляная кислота, вступая в реакцию с породами кар­ бонатного типа, растворяет их, увеличивая существующие в породе трещины или соединяя их с более водообильными зо­ нами. Растворенная порода легко удаляется при прокачке скважины. При обработке скважин применяют ингибирован­ ную (содержащую антикоррозийные добавки) 20%-ную техни­ ческую соляную кислоту.

Гидравлический удар в скважине . применяют для очистки фильтра, который механически заилен. Сущность способа за­ ключается в том, что в водопонизительную скважину сбрасы­ вают определенным образом подобранный груз. Поскольку дав­

ление жидкости передается во все стороны равномерно, сила удара груза о поверхность воды будет мгновенно передана на внутреннюю стенку фильтра. Под действием этой силы части­ цы песка и глины, находящиеся в отверстиях фильтра, будут из них выбиты -и фильтр очистится. После этого проводят от­ качку, и выбитые из фильтра частички грунта вместе с водой удаляются из прифильтровой зоны.

2.6. ЭЛЕКТРООСМОТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ВОДОПОНИЖЕНИЯ

Электроосмотическое водопонижение (или, как его иногда называют, электродренаж) применяют при необходимости водопонижения в мелкозернистых, илистых или глинистых грунтах, водоотдача которых столь низка, что обычные способы водопонижения становятся неэффективными.

Электродренаж основывается на электроосмосе, физическая сущность которого заключается в следующем. В массиве во­ круг частиц грунта имеется слой воды, связанный с его по­ верхностью и обычно отрицательно заряженный. На нем ле­ жит более толстый слой воды (обычно он заряжен положи­ тельно). Свободная незаряженная вода находится между по­

тока положительно заряженные молекулы подвижного слоя и заряженной свободной воды устремляются к отрицательному электроду.

Этим достигается нарушение состояния равновесия частиц грунта. В результате этого возможно, что под действием ка­ пиллярных сил молекулы воды придут в движение. Движение возникнет под действием положительной поляризации жидкой фазы в направлении катода. Это движение жидкой фазы грун­ та называется электроосмотическим движением. Кроме того, мельчайшие частицы грунта будут перемещаться к аноду. Это движение называется .электрофорезом.

Воздействие постоянного электрического тока на грунт, как 'показывают исследования, приводит к увеличению электроосмотического водоотделения примерно в 100 раз по сравнению

сводоотделением под действием гравитационных сил. Электроосмотическое водопонижение приводит к заметному

повышению прочности грунта на срез. Можно констатировать, что в местах расположения анодов несущая способность грун­ та значительно повышается.. Это упрочнение вызывается диф­ фузией ионов металла в грунт и происходящими электрохими­ ческими реакциями.

При применении алюминиевых анодов может иметь место упрочнение более рыхлых грунтов. При электролитическом раз­

ложении алюминия происходит высвобождение ионов/которые в результате ионной диффузии проникают в грунт. При соот­ ветствующей длительности процесса' диффузия ионов может происходить весьма далеко в грунт.

Упрочнение грунта происходит вркруг анодов благодаря образованию гидроксида, железа или гидроксида алюминия, которые вследствие своих аморфных свойств-способствуют об­ разованию конгломератов из частиц грунта. Образующееся соединение слабо растворяется водой и приводит к упрочнению грунта вокруг анодов.

Используя этот физический процесс для увеличения водоот­ дачи грунтов, обычные-иглофильтровые установки оборудуют источником постоянного тока и сортветствующей аппаратурой. В качестве положительно заряженных электродов-анодов ис­ пользуют трубы. Для этого по периметру сооружаемого объек­ та устанавливают два ряда электродов: с внешней стброны иг­

объекта на расстоянии 0,75—1,5 м друг от друга и на расстоя­ нии 1,5 м от внешней границы сооружения. Глубина погруже­ ния иглофильтров должна быть не менее чем на 3 м ниже проектного пониженного уровня грунтовых вод. Электроды, со­ стоящие из металлических труб, погружают по периметру объ­ екта с вйутренней стороны контура иглофильтров на таком же расстоянии друг от друга, как и иглофильтры. Электроды и иглофильтры устанавливают в шахматном порядке. Расстояние

соответствовать глубине погружения иглофильтров. Электро-^ ды должны выступать на 0,2—0,4 м над поверхностью земли.

Возможны и другие схемы расположения иглофильтров и

Плотность грунта, после осадки

ния g и осадку S в выбранной точке, представляет собой вели­ чину нагрузки грунта Р под действием пониженного уровня грунтовых вод, т. е.

P=PagS.

При водопонижении вместо давления принимают дополни­ тельную нагрузку

,AP = pagÀS.

В вышеприведенных формулах:

Р! — плотность грунта в насыщенном водой состоянии, г/см3;

ристик слоев грунта и их взаимного расположения. Эти осад­ ки могут быть определены расчетным путем. Необходимо от­

характеристик грунта в рассматриваемой точке. Неодинаковые осадки могут возникнуть также вблизи центра водопонижения

построенных сооружений.

Кроме изменения величин нагрузок на грунт происходит из­ менение плотности грунта. После окончания работ по водопонижению могут возникнуть новые деформации сооружений изза подъема грунта, причиной чего является концентрация связных грунтов в определенных местах, и изтза разгрузки слоев грунта, находившихся в сильно нагруженном состоянии.

Таким образом водопонижение особенно длительное во вре­ мени приводит к негативным явлениям, связанным с осадками земной поверхности, нарушению режима движения подземных вод и другим нежелательным последствиям. В силу этого к ра­ ботам по водопонижению, особенно в условиях плотной город­ ской застройки, надо подходить очень осторожно, с прогнозом возможных отрицательных последствий и переходить, где это