8.1. Способы осушения котлованов и условия их применения

Строительство гидротехнических сооружений часто ведется на затопляемых паводками поймах, непосредственно в русле водотока под прикрытием перемычек, которые изолируют стройплощадку от водного пространства, а также при высоких уровнях грунтовых вод.

Эти особенности приводят к тому, что большая часть работ по возведению сооружений выполняется в котлованах при непрерывном значительном притоке грунтовых вод, тем большем, чем больше размеры котлована и фильтрационная способность грунтов. Для обеспечения нормальных условий производства работ приходится непрерывно откачивать эту воду либо непосредственно из котлована, либо перехватывая ее за пределами выемки.

Другие способы защиты котлованов (устройство экранов, закрепление грунтов, применение опускных колодцев) обычно сложнее и менее экономичны.

Разработка котлована, размещенного на пойме, начинается обычно одновременно с устройством перемычек и монтажом оборудования для понижения УГВ. Эксплуатация водопонизительных установок в этом случае организуется так, чтобы снижение УГВ опережало на 1,0–1,5 м заглубление котлована. Если котлован размещается в русле водотока, работам по водопонижению предшествуют работы по ограждению будущего котлована перемычками. Работы по осушению здесь складываются из удаления воды из отгороженного котлована и откачки воды, фильтрующейся в котлован при понижении уровня в нем. При песчаных грунтах и наличии напорных грунтовых вод разработке котлована предшествует организация глубинного понижения УГВ под всей площадью котлована.

Таким образом, применяются два способа осушения котлованов:

– способ открытого водоотлива, при котором все виды работ в котловане выполняются одновременно с осушением его откачкой воды, поступающей через стенки и дно котлована;

– способ искусственного понижения УГВ с откачкой воды из колодцев, расположенных по периметру котлована в расчете на недопущение поступления воды в котлован.

Открытый водоотлив при откачке воды с подъемом на меньшую высоту, требующий несложных подготовительных работ, является в целом мероприятием менее дорогим, чем искусственное понижение УГВ. Однако возможность его применения ограничивается случаями, когда фильтрующие грунтовые воды не в состоянии нарушить структуру грунтов основания сооружения, разрыхлить их и вызвать деформацию стенок и дна котлована. Деформация стенок и дна котлована может происходить в результате взвешивания грунта фильтрационным давлением и явления механической суффозии грунта, т. е. вымывания из него мельчайших частиц, в результате чего нарушается статическая устойчивость откосов, грунт в основании сооружения разрыхляется и теряет несущую способность.

Допустимые градиенты фильтрационных потоков J_доп, при которых откосы сохраняют свою устойчивость, связаны с механическим составом грунтов, характеризуемым коэффициентом неоднородности Для грунтов с Е < 10 J_доп = 0,4; при Е = 10…20 J_доп = 0,2; при Е > 20 J_доп = 0,1.

Фактический градиент фильтрационного потока зависит от конфигурации котлована, расположения котлована по отношению к открытым водоемам и водотокам, от условий фильтрации воды через толщу грунта и определяется отношением

где Н – полное падение напора, м;

l_ф – длина пути, на которой гасится напор (рис. 8.1).

Рис. 8.1. Схемы к определению

фактического градиента фильтрационного потока

При J_ф < J_доп устойчивость откосов будет обеспечена и открытым водоотливом. В противном случае следует применять искусственное понижение УГВ. Помимо устойчивости откосов и сохранности дна котлована надо учитывать способность грунтов отдавать воду. Грунты с плохой проницаемостью при К_ф ≤ 1…2 м/сут не могут быть хорошо обезвожены обычной откачкой воды из скважин и требуют более сложных приемов водопонижения: вакуумного или электроосмотического.

При выборе способа осушения следует ориентироваться на более дешевые способы: в первую очередь на открытый водоотлив, затем на водопонижение скважинами и только в случаях их технической неэффективности переходить к более сложным и дорогим способам.