Вакуумные дренажи

Традиционные рассмотренные дренажные системы часто оказываются неэффективными в пылеватых грунтовых разностях и глинах, вследствие малой их водоотдачи. Эффективное их осушение возможно лишь вакуумными дренажами, что сокращает время осушения, особенно грунтов с коэффициентом фильтрации более 1 м/сут. Вакуумные дренажные системы успешно применяют на застраиваемых и застроенных территориях, в районах засоленных почвогрунтов и при равнинном характере местности. Строительство подземных инженерных сооружений, например подземных коллекторов, на участках III типа увлажнения практически невозможно без применения дренажей, когда к тому же характерно инфильтрационное питание водоносных пластов. Преимущество их, по сравнению с традиционными дренажами, состоит также в том, что они эффективны, например, и в районах с существующей застройкой, особенно с развитыми подземными коммуникациями, когда невозможно заложить дренажи на глубину требуемого понижения подземных вод, или когда они экономически нецелесообразны. Вакуумные системы, заложенные на меньшую глубину, чем традиционные, тем не менее позволяют получить необходимый осушающий эффект (табл. 10.1).

Приведенные данные установлены наблюдениями при коэффициенте фильтрации грунтов К=0,5 м/сут, расстоянии между рядами дрен 200 м, их диаметре 0,2 м и мощности фильтрационного потока не менее 25 м. При обычных расстояниях между красными линиями, чаще всего не превышающих 100 м, и меньшей мощности фильтрационного потока еще очевиднее станет эффективность вакуумных дренажей.

Таблица 10.1. Характеристика систем дренажей (по Б. М. Дегтяреву)
Показатель Системы дренажей
традиционная вакуум
Глубина заложения горизонтальных дрен, м 3 3,5 4 1.2 1,5 1,8
Давление в системе (вакуум), кПа 17 15 14
Глубина понижения уровня подземных вод, м 1,8 2 2,3 1,8 1,9 2

В СССР чаще всего легкой иглофильтровальной установкой (серия ЛИУ-6) понижают уровень подземных вод до глубины 4—5 м (при одноярусном расположении). Принцип работы ЛИУ состоит во всасывании из грунта иглофильтрами воздушной смеси. Установка имеет водяной и вакуумный насосы (рис. 10.5). Вакуумный насос, откачивая воздух, создает разрежение для подъема воды в количестве не менее 140 м3/ч. Высота всасывания не превышает 7 м от поверхности земли. Мощность электродвигателя составляет более 22 кВт.


Рис. 10.5. Схема легкой иглофильтровой установки (ЛИУ)
1 — иглофильтр; 2 — сборный коллектор; 3 — вакуумный ресивер; 4 — центробежный насос; 5 — отвод воды к водоприемнику; 6 — отвод воздуха; 7—вакуумная установка; 8 — отметка уровня грунтовых вод до понижения; 9 — уровень воды после понижения

При слабопроницаемых грунтах с коэффициентом К=0,5м/сут применяют установку с высокопроизводительными насосами УВВ-6, создающими давление во всасывающей системе не менее 90 кПа (рис. 10.6).


Рис. 10.6. Принципиальная схема установки вакуумного водопонижения (УВВ-3)
1— сбросная линия; 2 — сливная воронка; 3 — циркуляционный бак; 4 — грязевой эжектор; 5 — воздушный эжектор; 6 — задвижка; 7 — насос; 8, 14, 15— рукава; 9 — соединительный трубопровод; 10 — иглофильтр; 11 — отметка пониженного уровня подземных вод; 12 — патрубок приемного блока; 13 — водяной эжектор; 16 — всасывающий коллектор

Глубина погружения иглофильтров до 8,5 м с одновременной работой в количестве до 200 шт. Максимальная производительность установки 180 м3/ч. Мощность электродвигателя 75 кВт, а частота вращения не менее 1470 мин-1.

Обобщая изложенное, можно выбрать одну из систем осушения земляного полотна (табл. 10.2). Окончательный вариант системы осушения выбирают только после технико-экономического расчета.

Таблица 10.2. Выбор системы осушения земляного полотна (К — коэффициент фильтрации)
Характеристика участка осушения Система осушения
Земляное полотно состоит:
из грунтов с К>1 м/сут во II дорожно-климатической зоне и с К>0,5 м/сут в III и IV зонах;
Специальные мероприятия не требуются
из щебенистых горных пород, в том числе аргиллитов и алевролитов, вскрыши металлургических карьеров; То же
из отходов промышленности (шлаки, горелые породы, формовочные пески, серпентиниты, пиритовые огарки, различные золы и т. д.) То же
Верхняя часть насыпи из местных песков с K≥1 м/сут Толщину слоя верхней части насыпи рассчитывают по методу поглощения [43, 44]
Земляное полотно из грунтов с К< 0,5 м/сут; общий избыток воды ≤60 л/м за период оттаивания; дренирующий слой из песков с К< 3 м/сут Дренирующий слой рассчитывают по методу поглощения [43]
Земляное полотно из однородных песков с К>1 (независимо от природных условий местности) Понижение УПВ возможно обычными глубокими дренажами и легкими иглофильтровальными установками типа ЛИУ-5 [8, 43]
Земляное полотно на косогоре с водоносным слоем Независимо от природных условий эффективны глубокие перехватывающие дренажи
В районах севернее III зоны земляное полотно из различных грунтов; дренирующий слой из песков с К> 3 м/сут Целесообразны дренажи мелкого заложения [44]
Земляное полотно из грунтов с К< 0,5 м/сут при III типе местности Осушение земляного полотна и верхней толщи почво-грунтов возможно лишь установками вакуумного водопонижения типа УВВ-3 [8]
На участках с продольным уклоном более поперечного, в районах I—III дорожно-климатических зон при местных мелких песках для рабочего и дренирующего слоев В местах вогнутых вертикальных кривых и в нижней части перестроенных участков целесообразны поперечные прорези, в том числе мелкого заложения [17, 43]