8.2. Первичное осушение котлованов

Задачей первичного осушения является удаление воды из пространства, замкнутого перемычками, при русловой или полупойменной компоновке сооружения. Объем воды, удаляемой при этом из котлована, слагается из начального объема и дополнительного, поступающего в котлован в процессе его осушения вследствие фильтрации воды через ограждающие перемычки, дно и откосы котлована, а также за счет атмосферных осадков и стока со склонов и берегов.

W = V + qtF_кH,

где V – объем воды в замкнутом перемычками пространстве, м³;

q – удельный приток воды в котлован через перемычки, откосы и дно котлована, м³/ч · м² · м;

t – продолжительность первичного осушения, ч;

F_к – площадь котлована, м²;

Н – напор, м.

На предварительных стадиях проектирования приток в котлован (в м³/ч) можно приближенно оценить по следующим удельным его значениям (на 1 м² площади котлована), отнесенным к напору 1 м (И. И. Кандалов):

песок мелкозернистый – 0,16;

песок среднезернистый – 0,24;

песок крупнозернистый – 0,30;

песок гравелистый с крупнозернистым песком – 0,35.

При строительстве крупных гидроузлов продолжительность водоотлива составляет 2–4 недели, а объем откачки – в среднем 3–4 первоначальных объема воды в котловане.

Важным вопросом при организации первичного водоотлива является назначение срока осушения котлована. С одной стороны, быстрейшее начало основных работ, с другой – обеспечение устойчивости берегов, откосов перемычек и дна котлована при откачке, так как резкое снижение уровня воды может привести к их разрушению. Суффозионная деформация грунта проявляет себя непосредственно за снижением горизонта воды.

Практика строительства показывает, что в первые дни интенсивность понижения уровня воды не должна превышать 0,5–0,7 м/сут (крупнозернистые и скальные грунты), 0,3–0,4 м/сут (среднезернистые) и 0,15–0,20 м/сут (мелкозернистые грунты).

Снижение уровня воды в котловане приводит к уплотнению перемычек за счет увеличения напора и фильтрационных градиентов и уменьшению К_ф, который уменьшается как за счет уплотнения грунта и естественной кольматации, так и в результате специально принятых мер по уплотнению присыпки с напорной стороны глинистого грунта или шлака, заиления шпунта и т. д. Это позволяет увеличить интенсивность откачки и довести ее до 1,0–1,5 м/сут.

Для обеспечения устойчивости дна котлована осушение последних 1,5–2,0 м производят медленно, а воду отводят из пониженных частей котлована. Если дно котлована подвержено воздействию напорных грунтовых вод, то одновременно с осушением производят снижение пьезометрического уровня напорных грунтовых вод до безопасного значения установками грунтового водопонижения или самоизливающимися скважинами и сохраняют этот уровень в течение всего срока строительства. В редких случаях, когда предусмотрено затопление ко-тлована высокими паводками, его осушают сразу на спаде воды в реке. При промедлении уровень воды в котловане окажется выше, чем в ре-ке, что приведет к расстройству всей системы уплотнения перемычек.