СПОСОБ ПОНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД ПРИ СТРОИТЕЛЬСТВЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЗЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НИЖЕ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА
METHOD FOR LOWERING OF UNDERWATER LEVEL IN CONSTRUCTION AND OPERATION OF UNDERGROUND STRUCTURES LOCATED BELOW UNDERWATER LEVEL AND DEVICE FOR METHOD REALISATION

Изобретение относится к области строительства и эксплуатации заглубленных в землю сооружений, расположенных ниже уровня горизонта грунтовых вод, и представляет собой комплексное техническое решение поставленной задачи, объединенное в единое целое одним изобретательским замыслом.
Известен способ понижения уровня грунтовых вод, например, при строительстве (возведении) днища подземного сооружения путем откачки их насосом со всасывающей и напорной трубами от перфорированных труб, соединенных через обратный клапан с нижним концом всасывающей трубы насоса (см. описание изобретения SU 1399394 А1, кл. E02D 27/18).
В части устройства наиболее близким является устройство, включающее насос со высасывающей и напорной трубами, перфорированную трубу, соединенную через обратный клапан с нижним концом всасывающей трубы (см. описание изобретения SU 1399394 А1, кл. E02D 27/18).
Недостатком известных способа и устройства является то, что откачка воды производится сначала в емкость для грунтовой воды, и только затем вода откачивается другим насосом за пределы подъемного сооружения.
Наиболее близким к изобретению является способ понижения уровня грунтовых вод путем откачки их насосом со всасывающей и напорной трубами от перфорированных труб, уложенных по всей длине сооружения и соединенных через обратный клапан со всасывающими трубами насоса, понижение уровня грунтовых вод производят послойно внутри подземного сооружения путем откачки насосом грунтовой воды от каждого слоя в отдельности вплоть до понижения их уровня ниже уровня строительной отметки с последующим удалением обезвоженных слоев грунта из подземного сооружения и оставлением перфорированной трубы в среде грунтовых вод ниже днища сооружения, окончания его строительства, возведения перегородок и до полной их герметизации от напора грунтовых вод, при этом конец всасывающей трубы насоса располагают выше уровня грунтовых вод, а всасывающую трубу насоса с остатками в ней грунтовой воды бетонируют в теле подземного сооружения, оставляя незабетонированным только верхний венец трубы с задвижкой с возможностью присоединения к ней насоса (см. описание изобретения RU 2147645 С1, кл. E02D 19/10, 31/02, 3/10, 27/18, 29/055).
Недостатком известных способа и устройства является то, что после укладки бетона в основание сооружения, при высоком уровне грунтовых вод, в случае возникновения аварийной ситуации (выхода из строя насосного агрегата, резкого повышения уровня грунтовых вод во время ливневых дождей, невысокой пропускной способность всасывающей трубы и др. причин) может произойти выдавливание, сопровождающееся разрушением дна сооружения, не набравшего марочной прочности. Причиной выдавливания днища сооружения является большая разница между давлением грунтовых вод под днищем и над днищем.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности искусственного понижения уровня грунтовых вод при строительстве и эксплуатации подземных сооружений, расположенных ниже уровня грунтовых вод, а также предотвращение выдавливания из грунта уже построенного и эксплуатируемого подземного сооружения напором аварийно высоких грунтовых вод.
Поставленная задача в части способа решается тем, что в известном способе понижения уровня грунтовых вод при строительстве и эксплуатации подземных сооружений, расположенных ниже уровня грунтовых вод, путем послойной откачки грунтовых вод насосом со всасывающей и напорной трубами от перфорированных труб с последующим удалением обезвоженных слоев грунта из подземного сооружения, согласно изобретению в каждом обезвоживаемом слое грунта предварительно устраивают траншею, в которую укладывают перфорированную дренажную трубу, соединенную со всасывающей трубой, снабженной патрубком с задвижкой, выходящим внутрь сооружения, затем траншею засыпают щебнем, закрывают задвижку патрубка и производят откачку воды с последующим удалением обезвоженного слоя грунта, производя эти операции до тех пор, пока не будет достигнута проектная отметка, а затем устраивают дно сооружения.
Кроме того, отсос воды насосом ведут на протяжении всего процесса бетонирования дна сооружения и набора бетоном марочной прочности, а также во время эксплуатации при уровне грунтовых вод выше критического.
Причем при выходе насоса из строя или аварийно высоком уровне грунтовых вод в период набора бетоном днища марочной прочности открывают задвижку на патрубке всасывающей трубы до выравнивания давлений воды над и под дном сооружения, а после замены насоса задвижку закрывают и после набора бетоном марочной прочности воду из сооружения откачивают.
В части устройства задача решается за счет того, что в устройстве для осуществления способа понижения грунтовых вод, содержащем насос с всасывающей и напорной трубами, перфорированную трубу, соединенную через обратный клапан с нижним концом всасывающей трубы, при этом и всасывающая труба расположена в теле сооружения и снабжена патрубком с задвижкой, который через стенку колодца выведен внутрь сооружения, при этом задвижка снабжена ручкой, выведенной выше уровня верхнего среза сооружения.
Снабжение патрубком с задвижкой, связанных с всасывающей трубой, и выведение их внутрь сооружения, а также снабжение задвижки ручкой, выведенной выше уровня верхнего среза сооружения в случае повышения уровня грунтовых вод в период набора бетоном основания прочности и возникновения значительной разности в давлении воды под днищем сооружения и над ним, позволит путем открывания задвижки и заполнения сооружения водой вплоть до выравнивания давления под и над днищем сооружения предотвратить выдавливание и разрушение основания, а после набора бетоном необходимой прочности откачать воду из сооружения до уровня перфорированной трубы 4.
Приведенная совокупность признаков обеспечивает получение технического результата, выражающегося в повышении эффективности и надежности искусственного понижения уровня грунтовых вод при строительстве и эксплуатации подземных сооружений, расположенных ниже уровня грунтовых вод, а также предотвращении выдавливания из грунта уже построенного и эксплуатируемого подземного сооружения напором аварийно высоких грунтовых вод.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где в схематическом виде представлено устройство и момент послойного обезвоживания грунта внутри подземного сооружения. При этом после обезвоживания очередного слоя водонасыщенного грунта его удаляют из подземного сооружении и, если необходимо, опускают сам корпус сооружения до проектной отметки.
Устройство для осуществления предложенного способа содержит стенки подземного сооружения 1, погруженного в грунт с высоким уровнем грунтовых вод 2, внутри которого вырыта траншея, засыпанная щебнем 3, с предварительно помещенной в нее перфорированной трубой 4, которая соединена через обратный клапан 5 со всасывающей трубой 6, имеющей верхний выходной венец 7, задвижку 8 с насосом 9, к которому присоединена напорная труба 10, при этом всасывающая труба 6 снабжена патрубком 11 с задвижкой 12, имеющей ручку 13, выведенную выше уровня верхнего среза сооружения 1, при этом патрубок 11 расположен над днищем 14.
При включении в работу насоса 9 уровень грунтовых вод 2 внутри подземного сооружения 1 понижается до уровня ниже уровня строительной отметки днища 14, что дает возможность производить строительные работы по возведению днища 14.
Патрубок 11 с задвижкой 12 выведены из тела сооружения внутрь сооружения с возможность открывать ее с помощью ручки 13 с уровня верхнего среза сооружения в аварийных ситуациях.
Верхний выходной венец 7 всасывающей трубы 6 и задвижки 8 выведены из бетона тела сооружения с возможностью подключения к задвижке 8 насоса 9 для откачки аварийно высокого уровня грунтовых вод и понижения его до уровня 2 грунтовых вод. Контроль за этим осуществляют путем открытия задвижки 8 (при отсоединенном насосе 9). При снижении аварийного уровня до уровня 2 грунтовых вод вода не должна выливаться из задвижки 8.
Способ осуществляют следующим образом.
В выкопанную траншею первого слоя водонасыщенного грунта 2 внутри сооружения 1 укладывают горизонтально по всей длине подземного сооружения 1 перфорированную трубу 4, которую через обратный клапан 5 соединяют со всасывающей трубой 6 насоса 9, включают насос 9 и понижают уровень грунтовых вод 2 в первом слое водонасыщенного грунта. После этого обезвоженный первый верхний слой грунта 2 удаляют из подземного сооружения 1, затем выкапывают траншею во втором слое водонасыщенного грунта 2, опускают в нее перфорированную трубу 4 со всасывающей трубой 6 насоса 9, обезвоживают второй слой грунта 2 и удаляют его из подземного сооружения 1. Такие же операции производят и в других слоях грунта 2.
Для возведения днища 14 подземного сооружения 1 по всей его длине выкапывают траншею, укладывают в нее перфорированную трубу 4, засыпают ее щебнем, предварительно через обратный клапан 5 соединив ее со всасывающей трубой 6 насоса 9, затем подключают насос 9 и производят откачку грунтовых вод из перфорированной трубы 4 до понижения их уровня ниже уровня строительной отметки днища 14 сооружения 1 до окончания строительства последнего и до полной их герметизации от напора грунтовых вод 2.
Конец всасывающей трубы 6 насоса 9 располагают выше уровня грунтовых вод 2, затем насос 9 отсоединяют от всасывающей трубы 6, перфорированную трубу 4 оставляют среде грунтовых вод 2 ниже днища 14 сооружения 1, а саму всасывающую 1 трубу 6 насоса 9 с остатками в ней грунтовой воды бетонируют в теле подземного сооружения 1, оставляя незабетонированным только верхний выходной венец 7 трубы 6 с задвижкой 8, с возможностью присоединения к ней насоса 9.
В случае аварийно высокого подъема уровня 2 грунтовых вод и возникновения угрозы выдавливания из грунта уже построенного и эксплуатируемого подземного сооружения 1 с помощью ручки 13 открывают задвижку 12 и заполняют грунтовой водой подземное сооружение 1 до выравнивания давления грунтовых вод под и над днищем 14. Затем задвижку 12 закрывают и к задвижке 8 верхнего выходного венца 7 всасывающей трубы 6 насоса 9 вновь подсоединяют насос 9 и производят откачку аварийно высоких вод 2 до прекращения признаков выдавливания подземного сооружения 1. В тех случаях, когда бетон днища 14 не набрал необходимую прочность, воду в сооружении оставляют до набора бетоном марочной прочности, а затем ее откачивают насосом 9, предварительно открыв задвижку 12 патрубка 11.
Контроль за снижением уровня аварийно высоких грунтовых вод до нормального уровня 2 производят путем открытия задвижки 8 верхнего венца 7 всасывающей трубы 6 при отсоединенном насосе 9, при этом грунтовая вода из задвижки 8 не должна выливаться при ее открытии, если аварийно высокий уровень грунтовых вод снизился до нормального уровня 2.
Пример 1. При строительстве подземного сооружения диаметром 36 м с глубиной заложения 10 м при нормальной высоте грунтовых вод 5 м, при общем весе подземной части сооружения около 8000 т сила выдавливания (без учета силы трения стенок сооружения о грунт) составляет
Надземная часть подземного сооружения еще не была построена, когда в результате ливневых дождей уровень грунтовых вод поднялся до аварийного (около 8,5 м). Соответственно сила выдавливания подземного сооружения из грунта увеличилась и составила 8642 т, из-за чего появились признаки выдавливания сооружения из грунта.
После открытия задвижки 12 и наполнения сооружения водой на высоту 3,5 м от днища выдавливающая сила будет уравновешена давлением воды внутри сооружения и бетон днища сможет набирать свою марочную прочность без разрушения. После набора им марочной прочности производится откачка воды из сооружения и под ним с целью снижения аварийно высоких грунтовых вод.
После откачки аварийно высоких грунтовых вод до нормального уровня признаки выдавливания исчезают.
Список источников информации, использованных при составлении заявки на изобретение
1. SU 1399394 А1, кл. E02D 27/18, от 30.05.1988.
2. RU 2147645 С1 кл. E02D 19/10, 31/02, 3/10, 27/18, 29/055, 20.04.2000, БИ №11.