голкофільтрові системи
Голкофільтрових спосіб водопониження полягає в використанні для забору води з грунту часто розташованих свердловин з трубчастими водоприймача малого діаметра - голкофільтрів, з'єднаних загальним всмоктуючий (в разі - легких голкофільтрів) або напірним (в разі ежекторних голкофільтрів) колектором з центральної (для групи голкофільтрів) насосною установкою . Іглофільтри найчастіше занурюються гідравлічним способом, При цьому утворюється щілина, діаметр якої значно більше діаметра голкофільтра. Зазор в свердловині між грунтом і голкофільтрами, як правило, слід заповнювати піщано-гравійної обсипанням. При гравітаційному водопониженні в досить крупнозернистих грунтах, які не потребують застосування обсипання (з коефіцієнтом фільтрації більше 5 м / добу), допускається заповнення зазору і свердловині обпливають грунтом, якщо це не небезпечно для поблизу розташованих споруд.
При наявності в товщі грунту, що прорізується голкофільтрами, трудноразмиваемих шарів, іглофільтри встановлюються в попередньо пробурені свердловини. Свердловини буряться також для відносяться до голкофільтрами вакуум-концентричних водоприймачів.
Рис.33. Лінійна система голкофільтрів
1 - кріплення траншеї;
3 - з'єднувальний шланг;
4 - усмоктувальний колектор;
5 - гофрований шланг;
6 - насосний агрегат Ліу;
7 - напірний трубопровід;
8 - скидний трубопровід;
9 - знижений рівень підземних вод.
Витяг голкофільтрів проводиться з підмивом для зменшення сил тертя по бічній поверхні голки. Іглофільтри застосовуються у вигляді лінійних (рис.33) і кільцевих (рис.34) систем, які можуть бути досконалими (що доходять до водоупора) і недосконалими (що не доходять до водоупора).
Рис.34. Контурна система голкофільтрів
1 - насосний агрегат;
3 - напірний трубопровід;
4 - скидний трубопровід;
5 - дренажна пригрузка;
6 - знижений рівень підземних вод.
Іглофільтри можуть застосовуватися для зниження рівня підземних вод у вигляді ступінчастою схеми із застосуванням ярусних водознижувальних систем при розташуванні голкофільтрів на двох або декількох рівнях по висоті (рис.35). Спочатку вводиться в дію самий верхній (найближчий до поверхні земля) ярус голкофільтрів. Під його захистом відривається перший (верхній) уступ котловану і монтується другий (рахуючи зверху вниз) ярус голкофільтрів, після введення в дію якого відривається другий уступ котловану і т.д. У багатьох випадках при введенні в дію кожного наступного ярусу голкофільтрів попередній ярус може бути виключений зі роботи і демонтований. Іноді, наприклад при великих відстанях по горизонталі між рядами голкофільтрів різних ярусів або при наявності малопроникних прошарків між двома рівнями установки голкофільтрів, доводиться утримувати в роботі одночасно іглофільтри двох і більше ярусів.
Рис.35. Схема ярусного водозниження голкофільтрами
1 - кінцеве положення депрессионной поверхні підземних вод;
2 - іглофільтри верхнього ярусу;
3 - іглофільтри нижнього ярусу.
Застосування голкофільтрів може виявитися доцільним і при необхідності водозниження в слабопроницаемих грунтах, нижче яких залягає більш водопроникний шар. У таких випадках іглофільтри слід заглиблювати в нижній шар (рис.36) з обов'язковим виконанням обсипання з усією висоті свердловини.
Рис.36. Схема зниження голкофільтрами в двошарової середовищі
2 - піщано-гравійна обсипання;
3 - глиняний тампон;
Гідравлічне занурення голкофільтрів застосовується в будь-яких пісках: від дрібних до великих і гравелістих.
При наявності гравелістих прошарків, сильно поглинаючих воду, до труби, по якій подається вода для розмиву грунту, приєднують шланг для подачі від компресора стисненого повітря.
Перед зануренням голкофільтр встановлюють вертикально. При довжині голкофільтра до 5 м його установку можна робити вручну, при довжині більше 5 м - за допомогою крана. Для кращої промивання затрубного простору рекомендується періодично кілька уповільнювати занурення голкофільтра, притримуючи його на вазі.
Контроль за встановленням фільтра здійснюється наглядом за виносяться з гирла свердловини грунтом і швидкістю занурення голкофільтра.
При гідравлічному зануренні голкофільтрів і необхідності влаштування обсипання витрата подмивной струменя і швидкість опускання голкофільтра підбирається так, щоб діаметр каверни по всій висоті був не менше 150 мм. Після закінчення занурення голкофільтра розроблену розмивом каверну навколо голкофільтра, встановленого на проектної глибині, слід промити протягом декількох хвилин. Потім витрата води скорочується до мінімально можливого, при якому ще триває виливши води з гирла, а в затрубний зазор рівномірно засипається піщано-гравійна суміш. Якщо таким способом виконати обсипання не вдається, то можливо попередньо занурити в грунт гідравлічним способом обсадних труб діаметром не менше 150 мм. У цю трубу опускається зібраний голкофільтр, кільцевий простір між трубою і голкофільтрами поступово заповнюється обсипанням, а потім труба витягується. Зверху навколо голкофільтра на глибину 1 м повинен бути влаштований глиняний тампон.
Верхня межа обсипання вакуумної концентрической свердловини повинна розташовуватися не більше ніж на 1 м вище відмітки верхньої кромки фільтра, а над обсипанням до поверхні землі повинен влаштовуватися глиняний тампон.
Для перевірки придатності встановлених голкофільтрів в них наливають воду і спостерігають за швидкістю зниження стовпа води. Іглофільтри, рівень води в яких не знижується, слід витягти, промити і знову занурити в грунт.
Довжина голкофільтрів установок Ліу і УВВ повинна бути підібрана так, щоб фільтрову ланка було розташоване на передбаченої проектом позначці. При складанні повинна - бути забезпечена герметичність з'єднань ланок труб. Перед зануренням голкофільтра в грунт перевіряється справність з'єднань, наявність кульового клапана і цілісність фільтрової сітки.
Встановлені в грунт іглофільтри приєднуються до всмоктуючого колектора за допомогою інвентарних з'єднувальних шлангів, що мають на кінцях овальні фланці. Різьбові з'єднання ущільнюються пеньком і суриком, фланцеві - гумовими прокладками.
Установка ежекторних водопідйомників проводиться після занурення в грунт зовнішніх труб голкофільтрів. Труби з ежекторним пристроєм на кінці опускаються всередину зануреної колони з таким розрахунком, щоб опорне кільце встало на сідло, а верхній кінець труби виступав на 0,75-1 м над верхом зовнішньої труби.
Після установки внутрішньої колони труб зазор між нею і зовнішньої трубою ущільнюється сальником. На виступаючий кінець внутрішньої труби надівається гумовий шланг, по якому вода відводиться до зливного колектору.
Перед монтажем водопідйомною частини ежекторного голкофільтра повинні бути перевірені:
- співвісність насадки з дифузором;
- гладкість внутрішніх поверхонь насадки і дифузора;
- герметичність зварних швів і різьбових з'єднань;
- прямолінійність зовнішньої і внутрішньої труб.
Циркуляційні баки (для ежекторних установок) і баки для заливки насосів встановлюються в насосних станціях на дерев'яні або бетонні підстави.
Обсяг циркуляційного бака повинен бути не менше 4,5 м, його конструкція і габарити призначатись за умови зручності транспортування і монтажу. До установки баків в будівлю насосної станції слід провести їх гідравлічні випробування.
При установці на станції двох і більше баків вони повинні бути з'єднані між собою трубопроводами із засувками для використання в разі потреби води з них для запуску будь-якого насоса.
Всмоктуючий трубопровід від насоса до баку монтується з ухилом не менше 0,005 у бік бака.
Для заповнення водою циркуляційних баків перед запуском водознижувальних системи до насосної станції проводиться водопровід від джерела водопостачання. Час наповнення системи і циркуляційних баків не повинна перевищувати 1 ч.
Відцентровий насос для подачі робочої рідини до ежекторним голкофільтрами слід встановлювати так, щоб вісь його робочого колеса була нижче рівня води в циркуляційному баку.
В насосних станціях розміщуються шафи харчування і електроосвітлення, щитки сигналізації і станції управління насосними агрегатами.
Для контролю роботи насосних агрегатів на напірних трубопроводах встановлюються гідравлічні манометри, а в установках Ліу і УВВ крім цього на всмоктуючої стороні насосів встановлюються вакуумметри.
Установки типу Ліу забезпечують вакуум, який поширюється лише в порожнинах колектора і самого голкофільтра, тому верх фільтра повинен бути обов'язково заглиблений нижче розрахункового зниженого рівня підземних вод.
Насосні установки Ліу можуть бути використані для підключення до групи неглибоких водознижувальних свердловин, об'єднаних загальним всмоктуючим колектором. Це може виявитися доцільним, зокрема, в гірських виробках.
В установках типу УВВ-3 для створення в порожнинах всмоктуючого колектора і голкофільтрів стійкого вакууму використовуються два водоповітряних ежектора, в основному виробляють відкачування повітря, що виділяється з водовоздушной суміші, що надходить з голкофільтрів. При обмеженому надходженні повітря до водоприймальної частини голкофільтрів в їх порожнини розвивається вакуум близько 5 м вод. ст. и більше.
Відкачування води забезпечується водо-водяним ежектором. Всі три ежектора, що входять в одну касету, харчуються робочої водою, що надходить до них від відцентрового насоса. При значному вмісті в водовоздушной суміші одного з компонентів (води або повітря) кожен з ежекторів здатний частково прийняти на себе функції іншої.
Установка забезпечує підйом откачиваемой води на висоту до 20 м.
Установки УВВ на лінійно-протяжних об'єктах (каналах, траншеях, тунелях мілкого закладення і т.п.) слід розташовувати з однієї або з обох сторін споруди.
При захисті котлованів установки УВВ розміщуються по кільцевій схемі.
Колектори і насосні агрегати повинні розташовуватися на висоті не більше 7-7,5 м над дном котловану при заляганні водоупора на глибині до 9 м від поверхні землі і на висоті не більше 6,5-7,0 м над дном котловану при більш глибокому заляганні водоупора.
Піщана обсипання голкофільтрів при вакуумному водопониженні установками УВВ в безнапірних водоносних шарах з коефіцієнтом фільтрації від 2 до 0,5 м / сут влаштовується висотою 2,5-3,5 м від вибою свердловини, верхня частина свердловини при цьому заповнюється місцевим грунтом. В інших випадках піщану обсипання голкофільтрів годі було доводити на 1 м до поверхні землі решту зазору заповнюють місцевим грунтом.
Установки з ежекторними голкофільтрами (див. Рис.40) складаються з голкофільтрів з ежекторними водопідйомниками, напірного, розподільного та скидного трубопроводів, відцентрового насоса і циркуляційного резервуару.
Ежекторний голкофільтр складається з двох колон труб, зовнішньої - водоприемной, з приєднаним до неї фільтровим ланкою, і внутрішньої - водопідйомною, до нижнього кінця якої приєднаний ежектор, що складається з насадки і дифузора (см. Рис.41).
По кільцевому зазору між зовнішньою і внутрішньою трубами відцентровим насосом нагнітається "робоча вода". Проходячи через ежектор, що нагнітається вода створює вакуум, завдяки якому захоплює за собою надходять через фільтр підземні води. Суміш робочої і підземної води викидається назовні, надходить в циркуляційний резервуар, звідки вода надходить на харчування відцентрового насоса установки, а надлишки води відводяться до місця скидання.
Гідравлічним способом занурюється тільки зовнішня труба ежекторного голкофільтра. При досягненні нею проектного положення кілька хвилин виробляють промивку затрубного зазору, тримаючи трубу на вазі.
Зазор між грунтом і голкофільтрами, що утворився в результаті розмиву, заповнюється піщаної обсипанням. У верхній частині зазор тампонується глиною для запобігання прориву повітря в прифильтровой зону. При установці голкофільтрів в попередньо пробурені свердловини обсипання виконується одночасно з отриманням обсадних труб.
Після припинення подачі води в зовнішній трубі ежекторного голкофільтра монтується колона водопідйомних з труб з ежектором. На початку відкачування за рахунок зменшення тиску в порожнині фільтра кульовий клапан щільно входить в своє гніздо, перекриваючи отвір наконечника фільтрового ланки.
Ежекторні водознижувальних установки з вакуумними концентричними свердловинами ЕВВУ відрізняються від звичайних установок з ежекторними голкофільтрами тільки конструкцією водоприймачів (голкофільтрів), в яких влаштована фільтрова оболонка, закріплена коаксиально на зовнішньої колоні труб і перекриває всю товщину, в якій знижується рівень підземних вод.
Фільтрова оболонка концентричних вакуумних водоприймачів виготовляється з профільованої вузької сталевий оцинкованої стрічки. Шпаруватість оболонок становить 12-15%.
Концентричні вакуумні водопідйомники встановлюються в заздалегідь пробурені свердловини. Навколо фільтрових оболонок влаштовується піщано-гравійна обсипання, а у верхній частині під обсипанням влаштовується глиняний тампон.
Наявність концентричного зазору між фільтрової оболонкою і зовнішньої колоною труб забезпечує поширення вакууму навколо голкофільтра по всій його висоті, що дозволяє здійснити відведення води з усіх водоносних прошарків прорізуваної голкофільтрами водоносної товщі.
Максимальний дебіт концентрической вакуумної свердловини не повинен перевищувати 4-5 м / ч, в іншому випадку ежектор не розвиває вакууму.
Трубопроводи голкофільтрових установок повинні укладатися на інвентарних опорах по спланованої поверхні:
- напірний розподільний трубопровід установок типу ЕІ і ЕВВУ - з ухилом не менше 0,001 від насоса, а скидний безнапірний трубопровід - з ухилом не менше 0,005 у бік циркуляційного резервуару;
- усмоктувальні колектори установок Ліу і УВВ - з ухилом не менше 0,005 від насосної установки.
Розподільні й скидні трубопроводи ежекторних голкофільтрових установок повинні бути виконані зі штуцерами.
Кількість штуцерів повинно перевищувати число встановлених голкофільтрів не менше ніж на 10%. Штуцери повинні мати пробкові крани.
Ланки трубопроводів ежекторних водознижувальних установок з'єднуються на фланцях з гумовими прокладками або за допомогою зварювання. Трубопроводи перед місцем приєднання до насоса слід закріплювати на опорах, щоб при затягуванні фланців зусилля не передавалися на насос.
Трубопроводи монтуються на підкладках в безпосередній близькості від ряду ежекторних голкофільтрів. Відстань між підкладками приймається 3-4 м.
Для розподільних трубопроводів застосовуються сталеві труби, розраховані на внутрішнє гідравлічний тиск не менше 1,6 МПа.
Трубопроводи після їх монтажу повинні бути продуті повітрям або промиті і випробувані водою під тиском до 1 МПа, який мав би знижуватися протягом 15 хв.
На скидних (напірних або соматичних) трубопроводах слід встановлювати прилади для вимірювання витрат насосних агрегатів водознижувальних систем.
Контрольно-вимірювальні прилади підлягають періодичній перевірці і регулюванню.