способ дренажа грунтовых вод

Формула изобретения

Способ понижения уровня грунтовых вод, включающий оборудование на участке водопонижения водозаборного колодца, а за пределами участка - водопоглощающего колодца, подачу воды из водозаборного колодца в водопоглощающий колодец с помощью сифона, отличающийся тем, что водопоглощающий колодец устраивают ниже по уклону грунтовых вод на расстоянии l_к, удовлетворяющем условию l_к 2R, где l_к - расстояние между водозаборным и водопоглощающим колодцами, R - радиус влияния колодца, а параметры сифона определяют из условия h_f l_к·J-h₁ -h₂, где h_f - потери напора в сифоне, J - пьезометрический уклон для безнапорного движения грунтовых вод; h₁ - понижение уровня грунтовых вод в водозаборном колодце, h ₂ - повышение уровня грунтовых вод в водопоглощающем колодце.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области строительства и предназначено для водопонижения на участках строительства зданий и сооружений. Изобретение может быть преимущественно использовано в строительной промышленности.

Известен способ понижения уровня грунтовых вод путем вертикального дренажа с использованием водозаборного и водопоглощающего колодцев и соединяющего их сифона (P.P.Чугаев. Гидравлика: Учебник для вузов. - 4 изд., доп. и перераб. - Л.: Энергоиздат. Ленинградское отделение. 1982. - 672 с.555-560, с.220-223).

Недостатком этого способа является неэффективность его применения для понижения уровня грунтовых вод на заданном участке из-за отсутствия какой-либо увязки местоположения колодцев и параметров сифона. Неучет взаимного расположения водозаборного и водопоглощающего колодцев, параметров сифона (длины и диаметра), а также проницаемости грунта приводит к тому, что система водопонижения не обеспечивает снижения уровня грунтовых вод до нужного значения, либо вообще не работает.

Изобретение решает задачу повышения эффективности способа дренажа грунтовых вод на заданном участке за счет увязки взаимного расположения водозаборного и водопоглощающего колодцев с параметрами сифона и гидрогеологическими условиями.

Для достижения такого технического результата предлагается в известном способе, включающем оборудование на участке водопонижения водозаборного колодца, а за пределами участка - водопоглощающего колодца, подачу воды из водозаборного колодца в водопоглощающий колодец с помощью сифона, водопоглощающий колодец устраивать ниже по уклону грунтовых вод на расстоянии l_к , удовлетворяющем условию l_к 2R,

где l_к - расстояние между водозаборным и водопоглощающим колодцами, м;

R - радиус влияния колодца, м,

а параметры сифона определять из условия

где h_f - потери напора в сифоне, м;

J - пьезометрический уклон для безнапорного движения грунтовых вод;

h₁ - необходимое понижение уровня грунтовых вод в водозаборном колодце, м;

h₂ - повышение уровня грунтовых вод в водопоглощающем колодце, м.

Местоположение колодцев увязывают с радиусами их влияния и направлением пьезометрического уклона, а параметры сифона с необходимым понижением уровня грунтовых вод в водозаборном колодце и повышением уровня в водопоглощающем колодце, зависящих от проницаемости грунтов.

Способ поясняется чертежом, на котором показан вертикальный разрез горных пород по направлению пьезометрического уклона грунтовых вод. На чертеже приняты следующие обозначения:

1 - водозаборный колодец;

2 - водоприемный колодец;

3 - водоупорный слой пород;

4 - водоносный слой пород;

5 - колено (отвод) сифона;

6 - сифон;

7 - патрубок;

8 - вентиль;

9 - земная поверхность;

УГВ - уровень грунтовых вод;

УЗК - уровень воды в водозаборном колодце;

УПК - уровень воды в водопоглощающем колодце.

Способ осуществляется следующим образом. В пределах участка АВ, требующего понижения уровня грунтовых вод, устраивают водозаборный колодец и определяют необходимый уровень воды в нем, исходя из которого с учетом коэффициента фильтрации для слоя 4 пород определяют радиус влияния по формуле Зихарда

где h₁ - снижение горизонта воды в колодце, м;

к - коэффициент фильтрации, м/с

и в первом приближении принимают расстояние до водоприемного колодца из выражения

При необходимом для требуемого на участке АВ водопонижения уровне воды h₁ рассчитывают дебит водозаборного колодца Q₃ по формуле

где Н - мощность водоносного горизонта, м;

г - радиус водозаборного колодца, м.

Принимая дебит водопоглощающего колодца Q_п=Q ₃=Q, определяют повышение горизонта воды в нем из выражения (принимая радиусы колодцев и радиусы их влияния одинаковыми)

В первом приближении потери напора в сифоне h_f определяют по формуле

Для полученной по формуле (6) величины потерь подбирают диаметр сифона d (м), используя известное выражение для турбулентного течения (Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. Учебник для машиностроительных вузов. Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение. 1982. - 423 с., с.120):

где - сумма местных сопротивлений сифона;

_Т - коэффициент Дарси;

l ₁, l₂ - длины вертикальных частей сифона, м;

g - ускорение свободного падения, м/с ²;

=3,14.

Диаметр сифона определяют методом подбора по формуле (7). Назначая несколько диаметров, рассчитывают величину потерь и тот диаметр, при котором потери близки к величине, получаемой по формуле (6), принимают за окончательный.

Пример выбора параметров способа понижения уровня грунтовых вод.

На участке АВ (см. чертеж) требуется понизить уровень грунтовых вод на 1,7 м. С учетом размеров участка и уклона депрессионной воронки понижение воды в оборудованном водозаборном колодце должно быть равно 3 м. При коэффициенте фильтрации грунта к=0,0001 м/с радиус влияния колодца составляет .

Расстояние между водозаборным и водопоглощающим колодцами составит

l_k=2·127,3 255 м.

Дебит водозаборного колодца при мощности водоносного горизонта Н=10 м и радиусе колодца r=1,3 м

.

Повышение уровня воды в поглощающем колодце равно

.

Пьезометрический уклон подземного потока составляет 0,05, а потери напора в сифоне не должны превышать

h _f 255·0,05-3-2,3 7,45 м.

Для полученной величины потери напора определим необходимый диаметр сифона. Расчет выполним для следующих диаметров: 0,04 м; 0,05 м; 0,06 м; 0,07 м. Формулу 7 после подстановки в нее данных: l_к=255 м; l ₁+l₂=10 м; _м=1,0 (местные сопротивления: входа - 0,5; 2 колена по 0,25); _T=0,02, Q=0,0035 м ³/с приведем к виду

.

Получим: при d=0,04 м, h_f =51,93 м,

d=0,05 м, h_f=17,02 м,

d=0,06 м, h_f=6,86 м,

d=0,07 м, h_f=3,13 м.

Из рассчитанных значений h_f наиболее близко по величине h _f=6,86 м, удовлетворяющее условию h_f 7,45 м, получено при d=0,06 м. Этот диаметр принимаем как окончательный диаметр сифона.

Таким образом, водопоглощающий колодец располагаем по направлению пьезометрического уклона в 255 м от водозаборного, длину сифона с учетом вертикальных частей, заглубляемых под уровень воды в колодцах, принимаем равной 265 м, а диаметр сифона - 0,06 м. Запуск сифона производят путем подсоединения патрубка 7 к компрессору и открытия вентиля 8, по мере отсоса воздуха сифон заполняется водой вплоть до верхней точки, после чего вентиль 8 закрывают и вода через сифон самотеком поступает из водозаборного 1 колодца в водопоглощающий 2 колодец. Далее сифон автоматически поддерживает заданный уровень понижения грунтовых вод на участке АВ.

Именно благодаря подбору параметров сифона, соответствующих гидрогеологическим условиям и требуемой степени осушения грунта, повышается эффективность способа дренажа грунтовых вод с использованием колодцев и сифона.