Проектирование строительного водопонижения

Основная задача проекта строительного водопонижения – разработка мероприятий по обеспечению благоприятных и безопас­ных условий ведения строительных работ ниже естественного зер­кала подземных вод. Это достигается понижением уровня подзем­ных вод, залегающих выше дна защищаемых от обводнения котло­ванов, снятием напора водоносных горизонтов, подстилающих защищаемые выработки, максимальным перехватом и отводом за пределы осушаемой зоны подземных вод.

Проект водопонижения, являясь составной частью общего проекта строительства, теснейшим образом с ним связан. Он раз­рабатывается в соответствии с генеральным планом и календарным графиком строительства. Принципиальные решения по применению той или иной схемы расположения водопонизительных устройств должны быть обоснованы специальным гидрогеологическим рас­четом.

Обычно проекты строительного водопонижения разрабатывают­ся в одну стадию – рабочий проект. В новых, неосвоенных районах, характеризующихся весьма сложными гидрогеологически­ми условиями, проектирование водопонижения может осуществ­ляться в две стадии: 1) проектная документация со сметно-финансовым расчетом и 2) рабочая документация с уточненной сметой.

Рабочий проект. В рабочем проекте строительного водопонижения должны быть:

►обоснованы необходимость и эко­номическая целесообразность водопонизительных мероприятий на данном строительном объекте, установлены размеры осушаемой территории;

►разработаны принципиальные схемы расположения водопонизительных устройств;

►проведены гидрогеологические расчеты, обосновывающие выбор того или иного варианта водопо­нижения с точки зрения достижения требуемого эффекта осушения;

►определена продолжительность периода формирования депрессионной воронки  (период неустановившегося режима откачки);

►разработаны конструкции водопонизительных устройств;

►вы­браны насосы и буровое оборудование;

►решена необходимость применения антикоррозионных материалов для защиты насосного оборудования от агрессивных вод;

►определена технология буре­ния;

►определена потребная мощность электроэнергии;

►выбра­на принципиальная схема водоотвода;

►определена общая стои­мость водопонизительных мероприятий и приведены технико-эконо­мические показатели водопонижения;

►в случае необходимости предусмотрены научно-исследовательские и изыскательские рабо­ты и намечена их программа;

►дан проект организации водопо­низительных работ и график их производства, совмещенный с гра­фиком производства общестроительных работ;

►определена по­требность в рабочей силе.

Проектирование водопонизительных работ производится в соответствии с техническим заданием, выдаваемым организацией-заказчиком.

Техническое задание на проектирование должно включать следующие данные:

►территориальный район;

►цель работ и величину необходимого снижения уровня подземных вод;

►размеры защищаемой от обводнения строительной площадки, конструктивные особенности сооружения;

►условия производства земляных работ и порядок работы землеройных механизмов;

►ус­ловия и график производства строительных работ, порядок и оче­редность монтажных работ;

►план размещения строительной техники на площадке;

►обеспеченность участка электроэнергией, стоимость электроэнергии в период строительства и экс­плуатации;

►потребность строительства в воде, график водопотребления, стоимость 1м.куб. воды;

►предполагаемое расположение места сброса откачиваемых вод;

►поясной и льготный коэффи­циенты к зарплате;

►размер накладных расходов;

►расстоя­ние от машинопрокатной базы до места работ;

►размер нелимитированных затрат;

►срок представления проектной докумен­тации.

К техническому заданию должны быть, кроме того, приложены каталоги единичных расценок на строительные работы, привязан­ные к местным условиям, и ценники на материалы и эксплуатацию машин.

Составными частями рабочего проекта строительного водопонижения являются пояснительная записка с экономической частью, чертежи и сметы.

В пояснительной записке следует кратко осветить сле­дующие вопросы.

1.    Местоположение строительной площадки, природные условия района производства работ и участка строительства. В этом раз­деле, в случае необходимости, приводятся сведения о режиме и со­стоянии поверхностных водотоков и водоемов.

2.    Геологическое строение участка водопонижения; при этом основное внимание следует уделить условиям залегания грунтов и положению стратиграфических границ, литологии, мощности и площади распространения водопроницаемых и водоупорных грун­тов и их фациальной изменчивости.

3.    Гидрогеологические условия участка. Этот раздел включает следующие вопросы:

►количество водоносных горизонтов, условия их залегания, распространение и мощность;

►условия питания и естественного дренажа;

►положение уровней подземных вод, направление их фильтрации и величина уклонов;

►фильтрационные свойства водовмещающих грунтов, изменение водопроводимости с глубиной;

►наличие гидравлической связи отдельных водоносных горизонтов, а также поверхностных и подземных вод;

►химический состав подземных вод, их минерализация и агрессивность по отношению к металлу и бетону.

4. Выбор расчетных гидрогеологических параметров. Вслед за описанием гидрогеологических условий участка необходимо дать оценку гидрогеологической документации, полученной при изысканиях, и произвести выбор исходных гидрогеологических параметров, необходимых для расчетов водопонижения. Здесь должны быть проанализированы и окончательно выбраны следующие расчетные параметры:

►для песчаных грунтов: гранулометрический состав, объемный и удельный вес, пористость, коэффициенты фильтрации, водоотдачи, уровнепроводности (пьезопроводности – для напорных водоносных горизонтов), влагоемкость, высота капиллярного поднятия, мощность водоносного горизонта, напор (для напорных условий);

►для глинистых грунтов: механический состав, объемный и удельный вес, естественная влажность, размокаемость, высота капиллярного поднятия, а в некоторых случаях угол трения и компрессионные свойства.

►Условия производства строительных работ. В этом разделе приводятся данные технического задания на проектиро­вание, а в заключительной части этого раздела приводятся величи­ны требуемого снижения уровня подземных вод для обеспечения благоприятных условий строительства на различных этапах.

►Возможные варианты водопонижения. После того как уста­новлена величина необходимого снижения уровня подземных вод, описываются и обосновываются возможные варианты водопониже­ния и приводятся принципиальные схемы расположения водопонизительных устройств. Способы осушения и схемы расположения водопонизительных устройств рассматриваются повариантно в тесной увязке со строительными работами.

►Гидрогеологические расчеты. Обоснование и выбор того или иного способа осушения, количества и типа водопонизительных устройств и расположение их в плане относительно сооружения производятся повариантно на основании результатов гидрогеологи­ческих расчетов. Гидрогеологическими расчетами устанавливаются:

►возможные водопритоки в заглубленные сооружения:

►производительность водопонизительных устройств и необходимое их количество (с учетом взаимодействия);

►размеры депрессионной зоны и возможное влияние дренажа на производительность водозаборных сооружений, подающих подземную воду для целей водоснабжения;

►продолжительность периода формирования депрессионных поверхностей (время осушения или продолжительность неустано­вившегося режима откачки).

На основе гидрогеологических расчетов устанавливается режим эксплуатационной откачки. При этом должно быть учтено, что в на­чальный период откачки (во время развития депрессионной ворон­ки) притоки подземных вод к дренажным устройствам неравно­мерны. Они формируются за счет динамических притоков и посте­пенно срабатывающихся статических запасов. После того как уровень подземных вод снижен до определенной величины, может наступить установившийся режим откачки. При этом гидродинами­ческое равновесие между притоком подземных вод и производительностью откачки достигается гораздо меньшим дебитом дренаж­ных устройств, нежели в период неустановившегося режима. Одна­ко и в этот период возможны изменения притоков подземных вод к дренажным устройствам в результате как естественных (в зави­симости от времени года), так и искусственных (утечки производ­ственных вод и т. п.) факторов.

Существуют различные способы борьбы с этими явлениями. Один из наиболее простых и надежных – создание так называемых зон аккумуляции, способных поглотить кратковременные повышен­ные водопритоки. Размеры этих зон должны быть определены гид­рогеологическими расчетами.

Эффект осушения. Результаты гидрогеологических расчетов весьма кратко излагаются повариантно в разделе «Эффект осуше­ния». Здесь приводятся данные о возможном снижении уровня под­земных вод в характерных точках участка, дебите дренажных уст­ройств и времени, необходимом для его достижения.

Выбор способа водопонижения. В этом разделе пояснитель­ной записки производится выбор рекомендуемого к производству варианта водопонижения. При этом должны быть приведены тех­нико-экономические показатели всех рассматриваемых проектом вариантов водопонижения, дан их сравнительный анализ и развер­нутое обоснование выбора рекомендуемого варианта.

Организация водопонизительных работ. В этом разделе дается краткая характеристика применяемого оборудования и технология производства буровых работ; приводятся данные о потребном количестве буровых станков, труб, фильтров, гравийной засыпки;

Описывается порядок прокачки дренажных устройств, монтажа и демонтажа насосных установок в увязке с графиком строительных работ, организация и производство откачки подземных вод, график включения и отключения насосов (разрабатывается в увязке с графиком строительных работ). При проектировании водопонижения на крупных объектах, в сложных условиях, когда длительность периода откачки измеряется месяцами, необходимо предусмотреть наблюдательную сеть с целью проведения систематических наблюдений за колебаниями уровня подземных вод в процессе водопонижения.

Пояснительная записка оканчивается списком использованной литературы и приложениями.

Вторая часть рабочего проекта строительного водопони­жжения – чертежи – может быть условно разделена на две группы.

Первая группа объединяет чертежи, характеризующие природ­ную обстановку района и площадки. Вторая группа чертежей ха­рактеризует конструкции водопонизительных установок и устройств.

В первую группу должны входить следующие чертежи: 1) выкопировка из обзорной карты района; 2) план расположения проекти­руемых водопонизительных устройств, совмещенный с генеральным планом строительства; 3) геологические карты района и участка; 4) гидрогеологические карты района и участка; 5) гидрогеологиче­ские разрезы по характерным точкам строительного участка с на­несением контура защищаемого сооружения, водопонизительных устройств и эффекта водопонижения. Обычно первая группа вклю­чает 8-10 чертежей.

Вторая группа чертежей объединяет: 1) конструкции водопонизительных скважин; 2) оригинальные и типовые конструкции водопонизительных установок и устройств; 3) конструкции насосных станций, водосборников, отдельных узлов дренажных устройств и т. д.; 4) принципиальную схему электроснабжения, план элект­росетей и трансформаторных подстанций; 5) схему водоотвода; 6) профили по основным водоотводным магистралям.

Кроме того, на отдельном чертеже показывается график органи­зации водопонизительных работ, совмещенный с графиком строи­тельства.

Заключительная часть проекта содержит сметную документацию, в состав которой входят: 1) пояснительная записка; 2) сводный сметно-финансовый расчет; 3) сметно-финансовые рас­четы на установку, монтаж, демонтаж и эксплуатацию водопони­зительных установок, на бурение, монтаж и эксплуатацию водопо­низительных скважин и другие элементы и виды работ по водопонижению; 4) сметно-финансовый расчет откачки воды насосными агрегатами; 5) калькуляции на определение стоимостей эксплуата­ции новых насосов и прочего оборудования; 6) сводная смета на проектно-изыскательские работы по водопонижению.

Двухстадийное проектирование. При двухстадийном проектиро­вании проектная документация в основном рассматривает все вопросы, включенные в рабочий проект с целью выбора оптимального варианта водопонизительных работ и определения его ориентиро­вочной стоимости. Проект строительного водопонижения на стадии рабочих чертежей состоит из двух частей – чертежей и сметы.

В сложных гидрогеологических условиях при получении дополнительных данных по изысканиям либо при изменении условий строительства иногда может возникнуть необходимость в состав­лении пояснительной записки.

Задачами рабочих чертежей принято считать уточнение: 1) при­нятой системы и способа водопонижения на основании данных до­полнительных изысканий; 2) количества и глубины заложения во­допонизительных устройств; 3) схемы расположения средств водо­понижения; 4) времени строительной и эксплуатационной откачки; 5) конструкций водопонизительных устройств; 6) схемы и профилей водоотвода; 7) объемов водопонизительных работ; 8) сметной до­кументации.

В стадии рабочих чертежей должны быть составлены следую­щие чертежи:

1) план и разрезы, характеризующие геолого-гидрогеологиче­скую обстановку района; 2) план расположения водопонизитель­ных устройств (на основе строительного плана); на этом чертеже приводится сводная таблица объемов осушительных работ, а в слу­чае отсутствия пояснительной записки – перечень графической до­кументации; 3) профили по характерным направлениям с нанесе­нием дренажных установок и эффекта осушения; при отсутствии пояснительной записки эти чертежи включают гидрогеологические расчеты; 4) конструктивные чертежи с указанием технологии со­оружения дренажных устройств, объемов работ и со спецификаци­ями оборудования и материалов; 5) совмещенный график строи­тельных и водопонизительных работ.

Планы и профили составляют в масштабах 1:500 или 1:1000, реже – 1:2000.

В проекте должен быть предусмотрен резерв водопонизительного оборудования. Практикой принято, что при одном рабочем на­сосе резерв составляет 100%, при двух и более – 30—50%.

В состав сметной части проекта входят: 1) пояснительная за­писка; 2) сводка затрат к объектным сметам; 3) сметы на со­оружение водопонизительных и наблюдательных скважин или иглофильтровых устройств; 4) сметы на приобретение водопонизи­тельных устройств и их эксплуатацию; 5) смета на сооружение во­доотвода; 6) смета на приобретение бурового оборудования и ин­струмента; 7) сметы на откачку воды; 8) единичные расценки на отдельные виды работ – извлечение труб, их перфорацию и т. п.