Способ понижения уровня грунтовых вод при строительстве и эксплуатации подземных сооружений и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области строительства и касается способа понижения уровня грунтовых вод при строительстве и эксплуатации подземных сооружений, расположенных ниже уровня грунтовых вод. Способ состоит в откачке грунтовых вод насосом со всасывающей и напорной трубами от перфорированных труб, соединенных всасывающими трубами с насосом. Новым является то, что понижение уровня грунтовых вод производят внутри подземного сооружения от каждого слоя в отдельности с последующим удалением обезвоженных слоев грунта, а возведение днища подземного сооружения производят, уложив на щебеночное основание ниже уровня днища перфорированную трубу и через обратный клапан насосом откачивая воду до окончания строительства днища, возведения перегородок и до полной их герметизации от напора грунтовых вод, причем конец всасывающей трубы насоса располагают выше уровня грунтовых вод, насос отсоединяют от всасывающей трубы, перфорированную трубу оставляют в среде грунтовых вод ниже днища сооружения, а саму всасывающую трубу насоса с остатками в ней грунтовой воды бетонируют в теле подземного сооружения, оставляя верхний выходной венец трубы с задвижкой с возможностью присоединения к ней насоса для откачки аварийно высоких грунтовых вод. Устройство содержит насос со всасывающей и напорной трубами, перфорированную трубу, соединенную через обратный клапан с нижним концом всасывающей трубы. Новым является то, что всасывающую трубу бетонируют в теле сооружения, верхний ее конец располагают выше уровня грунтовых вод с возможностью его герметизации, а также подключения к задвижке насоса, а перфорированная труба расположена горизонтально ниже уровня днища подземного сооружения по всей его длине в среде грунтовых вод. Технический результат, обеспечиваемый изобретением, состоит в повышении эффективности и надежности искусственного понижения уровня грунтовых вод при строительстве и эксплуатации подземных сооружений, расположенных ниже уровня грунтовых вод, а также предотвращения выдавливания из грунта уже построенного и эксплуатируемого подземного сооружения напором аварийно высоких грунтовых вод. 2 c. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

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 одно единое целое одним изобретательским замыслом.

Известен способ понижения уровня грунтовых вод, например при строительстве (возведении) днища подземного сооружения, путем откачки насосом грунтовых вод из приямка (зумпфа), расположенного ниже строительной отметки днища подземного сооружения ("Справочник мастера-строителя" под редакцией Коротеева Д.В, Москва, Стройиздат, 1989 г., стр. 104-106).

Недостатком этого способа является то, что после возведения днища подземного сооружения, убирают из приямка всасывающую трубу насоса для бетонирования приямка (зумпфа), расположенного в днище сооружения, но сильный напор грунтовой воды на дает это сделать, и практически через бетон приямка (зумпфа) во внутрь подземного сооружения все время поступают грунтовые воды.

Наиболее близким к изобретению является способ понижения уровня грунтовых вод 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 A1, кл. E 02 D 27/18).

В части устройства наиболее близким является устройство, включающее насос со всасывающей и напорной трубами, перфорированную трубу, соединенную через обратный клапан с нижним концом всасывающей трубы (см. описание изобретения SU 1399394 A1, кл. E 02 D 27/18).

Недостатком известных способа и устройства является то, что откачка воды производится сначала в емкость для грунтовой воды, и только затем откачивается другим насосом за пределы подземного сооружения.

Задачей настоящего 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 согласно изобретению за счет того, что в способе, включающем откачку грунтовых вод насосом со всасывающей и напорной трубами от перфорированных труб, соединенных всасывающими трубами с насосом, при строительстве подземного сооружения понижение уровня грунтовых вод производят послойно внутри подземного сооружения путем откачки насосом грунтовой воды от каждого слоя в отдельности с последующим удалением обезвоженных слоев грунта из подземного сооружения. Для возведения днища подземного сооружения по всей его длине укладывают перфорированную трубу, которую через обратный клапан соединяют со всасывающей трубой насоса, затем включают насос и производят откачку грунтовых вод из перфорированной трубы до понижения их уровня ниже уровня строительной отметки днища сооружения, до окончания строительства последнего, возведения перегородок, и до полной их герметизации от напора грунтовых вод. Конец всасывающей трубы насоса располагают выше уровня грунтовых вод, затем насос отсоединяют от всасывающей трубы, перфорированную трубу оставляют в среде грунтовых вод ниже днища сооружения, а саму всасывающую трубу насоса с остатками в ней грунтовой воды бетонируют в теле подземного сооружения, оставляя незабетонированным только верхний выходной венец трубы с задвижкой, с возможностью присоединения к ней насоса.

В случае аварийно высокого подъема уровня грунтовых вод и возникновения угрозы выдавливания из грунта уже построенного и эксплуатируемого подземного сооружения, к задвижке верхнего выходного венца всасывающей трубы насоса можно вновь подсоединить насос и произвести откачку аварийно высоких вод до прекращения признаков выдавливания подземного сооружения. Контроль за снижением уровня аварийно высоких грунтовых вод до нормального уровня производят путем открывания задвижки верхнего венца всасывающей трубы при отсоединенном насосе, при этом грунтовая вода из задвижки не должна выливаться при ее открытии, если аварийно высокий уровень грунтовых вод снизился до нормального уровня.

В части устройства задача решается за счет того, что в устройстве, содержащем насос со всасывающей и напорной трубами, перфорированную трубу, соединенную через обратный клапан с нижним концом всасывающей трубы, после строительства подземного сооружения верхний конец всасывающей трубы насоса обязательно располагают выше уровня грунтовых вод с возможностью его герметизации, а перфорированную трубу располагают горизонтально ниже уровня днища подземного сооружения по всей его длине в среде грунтовых вод, причем сама всасывающая труба с остатками в ней грунтовой воды должна быть забетонирована в теле заглубленного колодца, например в вертикальной перегородке. При этом верхний выходной венец всасывающей трубы с задвижкой может быть выведен за пределы тела бетона подземного сооружения с возможностью подключения к задвижке насоса, например выведен за пределы тела бетона вертикальной перегородки заглубленного колодца.

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 предотвращение выдавливания из грунта уже построенного и эксплуатируемого подземного сооружения напором аварийно высоких грунтовых вод.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 в схематическом виде представлено устройство в момент послойного обезвоживания грунта внутри подземного сооружения. При этом, после обезвоживания очередного слоя водонасыщенного грунта, его удаляют из подземного сооружения и, если необходимо, опускают сам корпус сооружения до проектной отметки; на фиг. 2 в схематическом виде представлено устройство в момент возведения днища подземного сооружения; на фиг. 3 в схематическом виде представлено подземное сооружение после окончания его строительства с загерметизированной всасывающей трубой и забетонированным верхним концом всасывающей трубы насоса в теле вертикальной перегородки сооружения; на фиг. 4 в схематическом виде представлено тоже подземное сооружение с возможностью присоединения к задвижке верхнего венца всасывающей трубы для понижения уровня аварийно высоких грунтовых вод; на фиг. 5 в схематическом виде представлено подземное сооружение, выполненное в виде металлической емкости, с возможностью присоединения насосов к задвижкам всасывающих труб для понижения уровня грунтовых вод.

Устройство для осуществления предложенного способа содержит стенки подземного сооружения 1, погруженного в грунт с высоким уровнем грунтовых вод 2, внутри которого выкопан котлован, засыпанный щебнем 3, с предварительно помещенной в него перфорированной трубой 4, которая соединена через обратный клапан 5 со всасывающей трубой 6, имеющую верхний выходной венец 7, задвижку 8 с насосом 9, к которому присоединена напорная труба 10.

При включении в работу насоса 9 уровень грунтовых вод 2 внутри подземного сооружения 1 понижается до уровня 11 грунтовой воды, расположенного ниже уровня строительной отметки днища 12, что дает возможность производить строительные работы по возведению днища 12, вертикальной перегородки 13, в теле которой остается забетонированная всасывающая труба 6 (см. фиг. 2, 3).

Верхний выходной венец 7 всасывающей трубы 6 и задвижка 8 выведены из бетона вертикальной перегородки 13 с возможностью подключения к задвижке 8 насоса 9 для откачки аварийно высокого уровня 14 грунтовых вод (см. фиг. 4) и понижения его до уровня 2 грунтовых вод. Контроль за этим осуществляют путем открытия задвижки 8 (при отсоединенном насосе 9). При снижении уровня 14 до уровня 2, грунтовая 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 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 12 подземного сооружения 1 по всей его длине укладывают перфорированную трубу 4, которую через обратный клапан 5 соединяют со всасывающей трубой 6 насоса 9, затем включают насос 9 и производят откачку грунтовых вод из перфорированной трубы 4 до понижения их уровня 11 ниже уровня строительной отметки днища 12 сооружения 1, до окончания строительства последнего, возведения перегородки 13, 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 в среде грунтовых вод 2 ниже днища 12 сооружения 1, а саму всасывающую 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 в ней насоса 9.

В случае аварийно высокого подъема уровня 14 грунтовых вод и возникновения угрозы выдавливания из грунта уже построенного и эксплуатируемого подземного сооружения 1, к задвижке 8 верхнего выходного венца 7 всасывающей трубы 6 насоса 9 вновь подсоединяют насос 9 и производят откачку аварийно высоких вод 14 до прекращения признаков выдавливания подземного сооружения 1. Контроль за снижением уровня аварийно высоких грунтовых вод 14 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 14 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 откачки аварийно высоких грунтовых вод уровень снизился до нормального и признаки выдавливания подземного сооружения исчезли.

Пример 2. Металлическая емкость общим весом 330 т с площадью днища 250 м² заглублена в землю на 3,5 м с нормальным уровнем грунтовых вод 1 м. Сила выдавливания сооружения из грунта составила 250 т. В результате ливневых дождей уровень грунтовых вод поднялся до аварийно высокого, равного 1,8 м. Сила выдавливания при этом увеличилась до 450 т и появились признаки выдавливания сооружения из грунта.

После откачки аварийно высоких грунтовых вод до нормального уровня признаки выдавливания исчезли.

Формула изобретения

1. Способ понижения уровня грунтовых вод при строительстве и эксплуатации подземных сооружений, расположенных ниже уровня грунтовых вод, например заглубленных колодцев с днищем и вертикальными перегородками, путем откачки грунтовых вод насосом со всасывающей и напорной трубами от перфорированных труб, соединенных всасывающими трубами с насосом, отличающийся тем, что при строительстве подземного сооружения понижение уровня грунтовых вод производят послойно внутри подземного сооружения путем откачки насосом грунтовой воды от каждого слоя в отдельности с последующим удалением обезвоженных слоев грунта из подземного сооружения, причем для возведения днища подземного сооружения по всей его длине укладывают перфорированную трубу, которую через обратный клапан соединяют с всасывающей трубой насоса, затем включают насос и производят откачку грунтовых вод из перфорированной трубы до понижения их уровня ниже уровня строительной отметки днища сооружения до окончания строительства последнего, возведение перегородок и до полной их герметизации от напора грунтовых вод, причем конец всасывающей трубы насоса располагают выше уровня грунтовых вод, затем насос отсоединяют от всасывающей трубы, перфорированную трубу оставляют в среде грунтовых вод ниже днища сооружения, а саму всасывающую трубу насоса с остатками в ней грунтовой воды бетонируют в теле подземного сооружения, оставляя незабетонированным только верхний выходной венец трубы с задвижкой с возможностью присоединения к ней насоса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что к задвижке верхнего выходного венца всасывающей трубы насоса вновь подсоединяют насос и производят откачку аварийно высоких вод до прекращения признаков выдавливания подземного сооружения, причем контроль за снижением уровня аварийно высоких грунтовых вод до нормального уровня производят путем открытия задвижки верхнего венца всасывающей трубы при отсоединенном насосе, при этом грунтовая вода из задвижки не должна выливаться при ее открытии, если аварийно высокий уровень грунтовых вод снизился до нормального уровня.

3. Устройство для осуществления способа понижения уровня грунтовых вод, содержащее насос с всасывающей и напорной трубами, перфорированную трубу, соединенную через обратный клапан с нижним концом всасывающей трубы, отличающееся тем, что после строительства подземного сооружения верхний конец всасывающей трубы насоса обязательно расположен выше уровня грунтовых вод с возможностью его герметизации, а перфорированная труба расположена горизонтально ниже уровня днища подземного сооружения по всей его длине в среде грунтовых вод, причем сама всасывающая труба с остатками в ней грунтовой воды забетонирована в теле вертикальной перегородки заглубленного колодца.

4. Устройство для осуществления способа понижения уровня грунтовых вод по п.3, отличающееся тем, что верхний выходной венец всасывающей трубы с задвижной выведен за пределы тела бетона подземного сооружения с возможностью подключения к задвижке насоса, например выведен за пределы тела бетона вертикальной перегородки заглубленного колодца.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5