СПОСОБ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ДРЕНАЖА ПОДТОПЛЕННЫХ СООРУЖЕНИЙ НА СВАЙНЫХ ОСНОВАНИЯХ
METHOD FOR HORIZONTAL DRAINING OF WATERLOGGED STRUCTURES ON PILE FOUNDATIONS

Изобретение относится к области промышленного и гражданского строительства и предназначено для осушения подтопленных объектов.
Из современного технического уровня известен способ, применяемый на стадии строительства объекта на подтопленных территориях, способ горизонтальных трубчатых дрен, который включает укладку в траншеи, сооружаемые по периметру защищаемого объекта, дренажных труб с фильтрующей обсыпкой. Дренажные трубы (асбестоцементные, керамические, из пористого бетона и др.) размещают ниже подошвы фундаментов сооружения [Болотских Н.С., Пономаренко Ю.В. и др. Справочник по осушению горных пород. М.: «Недра», 1984, с.184-186]. На стадии эксплуатации объектов широко применяют способ лучевого дренажа, применение которого наиболее эффективно в условиях высокой плотности застройки и развития густой сети подземных коммуникаций. Указанный способ обычно включает проходку двух вертикальных стволов у диагональных углов подтопленного корпуса, проходку из стволов горизонтальных лучевых дренажных скважин под защищаемый объект (объекты), как это показано на фиг.1. Лучевые скважины на всю длину оборудуют фильтрами, принимающими грунтовые воды и сбрасывающие их в водосборник, расположенный в заглубленной части стволов, после чего осуществляют откачку воды на поверхность в систему водоотведения [Пономаренко Ю.В., Анпилов В.Е. Лучевой дренаж застроенных территорий. М.: «Недра», 1989, с.22-23].
Описанный способ лучевого дренажа, как наиболее близкий по совокупности существенных признаков к предлагаемому, выбран в качестве ближайшего аналога.
Недостатками известного способа защиты от подтопления являются расходящееся положение лучевых скважин с удалением от ствола и в силу этого неполное осушение удаленных от ствола частей защищаемого объекта. По этой причине возникает необходимость сооружения второго лучевого дренажа (фиг.1). Известно, что проходка ствола является наиболее затратным элементом лучевого дренажа, это приводит к существенному увеличению капитальных затрат.
Второй существенный недостаток указанных способов лучевого дренажа связан с широким применением в настоящее время свайных фундаментов. Для сооружения лучевых дренажных скважин под защищаемыми от подтопления сооружениями свайные поля являются непреодолимым препятствием, недостаточно эффективными являются и трубчатые дрены, сооружаемые с внешней стороны объекта.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение технической эффективности способа дренажа подтопленных объектов и снижение стоимости системы защиты объектов от подтопления.
Техническими результатами, которые получают при реализации заявляемого способа дренажа, являются:
- повышение эффективности и более равномерное (по площади) снижение уровней грунтовых вод;
- возможность применения дренажей для защиты от подтопления объектов на свайных основаниях;
- снижение капитальных затрат на строительство дренажной системы.
Заявленный способ иллюстрирует фигура 2.
На фиг.2 показано:
1 - шахтный ствол лучевого горизонтального дренажа;
2 и 3 - лучевые дренажные скважины;
4 - боковые стволы горизонтальных дренажных скважин.
Изобретательским шагом заявленного способа является сооружение под ростверком подтопленного объекта системы горизонтальных дренажных скважин между рядами несущих свай, сооружаемых из лучевой скважины, что позволяет обеспечить осушение объекта на свайном основании и отказаться от проходки второго шахтного ствола.
Заявленный способ осуществляют следующим образом: у одного из углов защищаемого объекта, где положение уровня грунтовых вод находится на наиболее высоких отметках, закладывают шахтный ствол 1 (фиг.2) на глубину, превышающую отметки подошвы ростверка объекта, что необходимо для размещения устьев лучевых скважин и водосборника дренажных вод. Глубина заложения лучевых скважин и объем водосборника определяют при проектировании по результатам фильтрационных расчетов понижения уровня грунтовых вод в границах площади объекта и ожидаемых водопритоков.
Поскольку грунты в основании объекта обводнены и пребывают в неустойчивом состоянии, бурение лучевых скважин 2 и 3 осуществляют с одновременным креплением колонной защитных труб (на фиг. не показаны). Если бурение лучевых скважин предусмотрено выполнять установкой УЛБ-130, то диаметр ствола должен быть принят 3,6 м в свету. Лучевые скважины оборудуют фильтрами на всю длину, подобранными с учетом гранулометрического состава обводненных грунтов. Устья лучевых скважин оборудуют задвижками (на фиг. не показаны).
В предлагаемом способе дренажа лучевые скважины закладывают с внешней стороны объекта параллельно внешним стенам, одну из которых располагают нормально рядам несущих свай. Затем из этой лучевой скважины 3 из точек А, В, С, D, Е, F проходят боковые дополнительные горизонтальные дренажные скважины №№4, 5, 6, 7, 8, 9, параллельные друг другу и направленные под защищаемый объект. Точки забуривания боковых дополнительных горизонтальных дренажных скважин устанавливают с учетом величины радиуса разворота (кривизны) скважин, необходимого для применяемого забойного двигателя и проходки скважин в требуемом направлении между рядами свай. Обычно радиусы кривизны в указанных условиях находятся в пределах 30-50 м.
Проходку боковых дополнительных горизонтальных дренажных скважин начинают с торцевой горизонтальной скважины 4, затем поочередно сооружают боковые дополнительные горизонтальные дренажные скважины 5, 6, 7, 8 и 9. Число боковых скважин может изменяться в соответствии с размерами объекта.
Боковые дополнительные горизонтальные дренажные скважины бурят с выходом за пределы ростверка защищаемого корпуса не менее чем на 5 м, что требуется для достижения необходимого понижения уровня грунтовых вод на внешней грани ростверка.
Боковые дополнительные горизонтальные дренажные скважины 4 в процессе бурения оборудуют гибкими фильтрами, которые протягиваются за забойным двигателем (на фиг.2 не показаны). Для этого к забойному двигателю с помощью легко освобождающегося переходника (на фиг.2 не показано) присоединяют идущую следом фильтровую колонну, внутренний диаметр которой превышает наружный диаметр забойного двигателя. Диаметр породоразрушающего инструмента, соединенного с двигателем, также легко отсоединяемым переводником, должен превышать диаметр протягиваемого в скважину фильтра. Последнее позволяет после достижения заданной длины бокового ствола освободить двигатель и извлечь его вместе с бурильными трубами из скважины через фильтровую колонну.
Устойчивость стенок скважин при бурении обеспечивают применением промывочных жидкостей на основе самораспадающихся или гипановых растворов.
Искривление скважин и переход на бурение боковых стволов осуществляют с помощью забойного двигателя и отклоняющих устройств: ОТС, P-1 и др.
После окончания проходки бокового ствола буровой инструмент отсоединяют от двигателя, он перекрывает забой бокового ствола и остается в массиве горных пород.
Практическая применимость предложенной системы горизонтальных дренажных скважин показана на примере подтопленного корпуса обогащения.
Пример. Естественным основанием корпуса являются супеси с коэффициентом фильтрации 1,7 м/сут. Глубина заложения фундаментов 5,8 м. Размеры корпуса в плане 80×30 м.
В отличие от ближайшего аналога защиту от подтопления предлагаемым способом осуществляют способом, включающим проходку одного шахтного ствола (1), 2-х лучевых скважин (2, 3) и трех боковых дополнительных горизонтальных дренажных скважин (4, 5, 6), как это показано на фиг.3. Эксплуатация сооруженной системы дренажных скважин при одновременной их работе позволила снизить уровень грунтовых вод на необходимые 1,7 м в течение 67 суток.