Необходимость понижения уровня подземных вод при вскрышных работах

При строительстве домов, сооружений, подземных паркингов, освоении месторождений полезных ископаемых часто организовываются карьеры, котлованы, подземные шахты, тоннели ниже уровня подземных вод. Неправильно спроектированная дренажная система может привести к затоплению котлована вместе с техникой, людьми и образованию на месте выработки озера.

Затопление котлована

Обводнение строительных площадок происходит за счет поверхностных и подземных вод и атмосферных осадков. В зависимости от местоположения защищаемого объекта и вида строительства большую роль играет тот или иной фактор.
Обводнение

При гидротехническом строительстве решающая роль в обводнении строительных котлованов принадлежит поверхностным водам. При проходке подземных тоннелей и шахт возрастает роль подземных вод. Атмосферные осадки имеют ключевое значение в горных районах, характеризующихся повышенным количеством осадков. А в засушливых районах степей, пустынь, роль атмосферных осадков ничтожна.
На обводнение строительных площадок влияют естественные факторы: климат, рельеф территории, гидрографическая сеть, геологическое строение, гидрогеологические условия. Также на обводнение влияет деятельность человека: изменение гидрогеологических условий, условий питания и разгрузки водоносного горизонта, изменение рельефа и ландшафта, неправильное проведение строительных работ, аварийные ситуации сброса воды.
Одной из главных причин, усугубляющих действие искусственных факторов обводнения, являются природные условия района производства работ. Если участок сложен проницаемыми грунтами (например, песками), уклон рельефа и зеркала грунтовых вод повсеместно выдержан и на примыкающей территории достаточно развита гидрографическая сеть, то влияние искусственных факторов обводнения даже в случае неправильного ведения строительных работ может оказаться несущественным. Низкая проницаемость грунтов, отсутствие выдержанных уклонов и слабое развитие гидрографической сети способствуют проявлению искусственных факторы обводнения.

Этапы и способы строительного водопонижения

В зависимости от времени производства строительных работ водопонижение делится на предварительное и параллельное.
Предварительное водопонижение выполняется до начала строительных работ, параллельное — одновременно со строительством. Это деление, естественно, условное. Предварительное водопонижение в толще водоносных грунтов, вскрываемых котлованом или траншеей, следует применять лишь в тех случаях, когда в этих грунтах содержатся водоносные горизонты большей мощности. В этом случае целью предварительного осушения является снижение уровня подземных вод на величину, обеспечивающую безопасные условия строительства и гарантирующую невозможность прорыва и оплывания откосов.
Предварительное снижение напоров напорных водоносных горизонтов, залегающих ниже защищаемой выработки и непосредственно не принимающих участие в ее обводнении, необходимо либо при наличии гидравлической связи их с залегающими выше дренируемыми горизонтами, либо при реальной опасности прорыва высоконапорных подземных вод в дно выработки. В этом случае целью предварительного водопонижения является обеспечение устойчивости дна выработки.
Предварительное и параллельное водопонижение осуществляется с помощью различного рода водопонизительных устройств – вертикальных и горизонтальных.
Для защиты открытых выработок (котлованов, траншей и т.п.) используют как вертикальные, так и горизонтальные устройства — водопонизительных скважины, иглофильтровые установки, горизонтальные дренажные скважины.
Для защиты подземных выработок (например, при строительстве линий метро, туннелей, шахт) используются в основном вертикальные дренажные устройства – водопонизительные, поглощающие, разгрузочные скважины, забивные и сквозные фильтры, дренажные колодцы и иглофильтровые установки.
В зависимости от природных условий строительной площадки (геологического строения и гидрогеологических условий), сложности сооружения, метода возведения, могут применяться три способа водопонижения – поверхностный, подземный и комбинированный. При поверхностном способе водопонизительные устройства закладываются с поверхности земли, при подземном способе – из подземных выработок, а при комбинированном – с поверхности земли и из подземных выработок.
Поверхностный способ водопонижения осуществляется с помощью водопонизительных скважин. Эти скважины целесообразны в условиях безнапорного водоносного горизонта мощностью не менее 10-5 м и при коэффициенте фильтрации не ниже 1-3 м/сутки. В напорных водоносных горизонтах коэффициент может быть меньше, но не ниже 0,5 м/сутки.
Этот способ позволяет понижать уровни подземных вод на большие глубины в довольно сложной обстановке. Преимущество такой системы – мобильность. Недостаток – постоянное использование электроэнергии для питания насосного оборудования, необходимость отвода выкачанной воды.


Основными требованиями работы водопонизительных устройств является:
1. Водопонизительные устройства должны обеспечивать требуемое понижение уровня подземных вод во всех точках дренируемого контура, для чего необходим учет геолого0гидрогеологических условий участка.
2. Сроки сооружения водопонизительных устройств должны быть строго увязаны с графиком строительства.
3. Проектируемая суммарная производительность водопонизительных устройств должна превышать водопритоки в период формирования депресии и соответствовать установившемуся притоку подземных вод после снижения уровня на требуемую величину.
4. Расстояние между защищаемым контуром и водопонизительными устройствами должно быть минимальным, но достаточным для предотвращения фильтрационных деформаций грунтов и оплывания откосов котлованов и траншей.




Перед составлением проекта водопонижающих скважин и систем необходимо произвести геолого-гидрогеологические изыскания на территории строительства, оценить фильтрационные свойства грунтов, произвести гидрогеологические расчеты. При составлении проекта водопонижения рассчитать требуемую депрессионную воронку, определить местоположение скважин и мощность насосного оборудования, оценить влияние понижения уровня подземных вод на ближайшие объекты строительства (устойчивость сооружений), оценить влияние на экосистему, оценить стоимость организации водопонижающих систем, выбрать оптимальный метод водопонижения. Также при проектировании дренажной системе стоит учитывать агрессивность подземных вод и их способность разрушать конструкции. После составления проекта можно его внедрять на строительной площадке.