Горизонтальные водосборы

Горизонтальные водосборы (рис. 40) представляют собой сооружения, располагаемые горизонтально на глубинах 5–7 м от поверхности земли. Их рационально устраивать в тех случаях, когда необходимо забирать воду из маломощных по высоте, но широких подземных водоносных горизонтов.

Горизонтальные водосборы отличаются от скважин и шахтных колодцев не только характером размещения в водоносном пласте и конструкцией, но и тем, что отбор воды из пласта осуществляется ими путем отвода воды в водосборную емкость самотеком. Это является их существенным преимуществом.

Они состоят из водоприемной части; водопроводной части; смотровых и вентиляционных колодцев; водосборной емкости.

Водоприемная часть служит для приема воды из водоносного пласта.

Все конструкции горизонтальных водосборов можно разделить на траншейные; трубчатые; галерейные.

В соответствии с терминологией, принятой для колодцев, различают горизонтальные водосборы:

1) Совершенные, залегающие своим основанием на водоупоре;

2) Несовершенные, не достигающие водоупора.

Конструкции водосборов могут быть весьма различны в зависимости от строения водоносного слоя, крупности его зерен, от поперечных размеров труб, галерей и др.

Общие требования, которым должны удовлетворять конструкции горизонтальных водосборов, помимо наибольшей возможной экономичности, можно сформулировать следующим образом:

1) Все главные элементы должны быть устроены из материалов, хорошо сопротивляющихся действию воды и не ухудшающих ее качества;

2) Водосборные сооружения должны быть защищены от проникновения в них поверхностных вод;

3) Должен быть предупрежден вынос зерен водоносного слоя водосборы;

должна быть обеспечена надлежащая вентиляция сооружения;

4) Несовершенные водосборы следует устраивать так, чтобы исключить просадки труб или галерей.

На рис. 40,а показан один из простейших типов водосборов – в виде открытой траншейной выработки, откосы которой оборудованы песчано-гравийным или гравийно-щебеночным фильтром. Фильтрующий материал уложен так, что размер фракций увеличивается к середине траншеи.

Рис. 40. Типы горизонтальных водосборов

а – траншейные; б – трубчатые

Соотношение диаметров частиц смежных слоев обсыпки и частиц верхнего слоя подбирают так, как и для обсыпки скважинных водозаборов, с фильтрами гравийного типа. Сверху обсыпку покрывают водонепроницаемым слоем (глина), а затем вынутым из траншеи грунтом.

В особо ответственных системах водоснабжения устраивают водосборные галереи из сборных железобетонных элементов. Ширина галереи принимается 0,8–1 м, высота до 2 м (рис. 41).

Толщина засыпки принимается равной 0,3–0,4 вскрытой мощности водоносного слоя. Толщина каждого фильтрующего слоя принимают не менее 150 мм, ширину назначают, исходя из конструктивных особенностей водозабора и условий строительства, в пределах 0,8–2 м.

Более совершенным горизонтальным водосбором является трубчатый с одно или двусторонним приемом воды (рис. 40,б), такие водосборы устраиваются из керамических, асбестоцементных, бетонных или железобетонных труб диаметром не менее 150 мм, дырчатая поверхность которых обсыпана несколькими слоями гравия и песка. Водосбор окружен четырьмя слоями (по 10 см каждый) гравия и песка, различной крупности, причем сначала идет гравий с зернами 12–15 мм, затем гравий крупностью 5–7 мм, далее песок крупностью 1,2–2 мм и, наконец, песок с зернами 0,4–0,6 мм.

Рис. 41. Водозаборная галерея оваловидной (а) и прямоугольной (б) форм

1 – железобетонные сборные звенья галереи; 2 – песчано-гравийный обратный фильтр; 3 – водоприемные отверстия; 4 – лотковая часть галереи; 5 – песчано-гравийная подготовка основания галереи; 6 – мостик для прохода эксплуатационного персонала; 7 – смотровой (вентиляционный) колодец.

Трубчатых и галерейные водосборные сооружения обычно работают неполным сечением. При таком наполнении обеспечиваются:

- лучшие условия для движения воды;

- улучшение условия поступления воды из грунта в водоприемные отверстия;

- достаточный запас их пропускной способности;

- вентиляция труб и галереи;

- возможность уменьшения числа различных диаметров водоприемной части.

Наиболее приемлемы скорости 0,5–0,8 м/сек. Меньшие скорости недопустимы из-за опасности заиления, а большие могут вызвать вымывание грунта вокруг водоприемных отверстий.

Для систематического осмотра водосборных труб и галереи и очистки их от возможных загрязнений, а также для вентиляции сети устраивают смотровые колодцы во всех точках изменения направления и диаметра труб.

Трубы или галереи между смотровыми колодцами должны быть проложены обязательно по прямой линии, длина которой для трубчатых не более 60 м, а для галерейных не более 150 м.

Смотровые колодцы делают из бетонных или железобетонных колец диаметром 1–1,25 м. Колодец выводится выше поверхности на 0,25–0,30 м. Вокруг колодцев делается глиняный замок на глубину 1 м и отмостка в радиусе 1 м.

Расчет горизонтального водосбора заключается в определении необходимой длины водосборов, их размеров и дебита водозабора.

Рис. 42. Расчетная схема горизонтального водосброса

Для расчетной схемы, приведенной на рис. 42, основным расчетным уравнением является уравнение Дюпюй в виде:

а) При одностороннем питании ; м³/сут,

б) При двустороннем питании ; м³/сут

где ℓ – длина водосбора, м;

H – мощность водоносного пласта в м;

к – коэффициент фильтрации грунта, м/сут;

L – радиус влияния, м;

h – высота слоя воды, м.

К разновидностям горизонтального водосбора относятся керизы, которые раньше широкое применение находили в предгорьях Средней Азии и Закавказье.

Лучевые водосборы

Лучевыми водосборами называют горизонтальные скважины в водоносном пласте, соединенные в вертикальном шахтном колодце. При сооружении лучевых водосборов водоносный пласт полностью или частично прорезают шахтой, из которой образуются горизонтальные скважины, радиально расходящиеся в виде лучей.

В начале лучевые водосборы использовались для каптажа маломощных пластов (до 5 м), а в настоящее время до 15 м.

В зависимости от того, в каких гидрогеологических условиях расположены лучевые водосборы, их называют – береговыми, подрусловыми, русловыми, комбинированными и водораздельными.

По способу устройства вертикальной выработки, из которой прокладывают скважины – лучи, и расположению последних различают:

- с наклонными восходящими;

- с наклонными нисходящими.

По количеству лучей они бывают одноярусными и многоярусными.

Лучевые водозаборы состоят из двух основных конструктивных элементов:

а) вертикального шахтного колодца;

б) горизонтальных лучей – скважин.

Вертикальный шахтный колодец служит для производства работ, приема воды и установки насосного оборудования.

В практике строительства лучевых водосборов известно несколько способов.

Американский способ (метод Раннея) заключается в продавливании в водоносный горизонт фильтровой трубы, на которой укрепляется направляющая головка. К буровой головке крепится шламоотводящая труба d=50+100 мм, по которой песчано-гравийная смесь отводится в шахту. По мере продавливания фильтровые трубы наращиваются сваркой в стык, а шламовая труба на резьбовых муфтах.

Специальной трубы для размыва грунта при этом способе не предусмотрено, однако некоторые фирмы в шламовую трубу вводят трубу d=20 мм для размыва грунта.

Фильтровые трубы при методе Раннея стальные, с толщиной стенки не менее 8+10 мм, D=219, 273, 325 и 426 мм.

Скважность трубы 15-20 %. Щелевая перфорация при ширине щелей от 4 до 9 мм, предопределяет этот способ только для песчано-гравелистых грунтов, где крупность гравия d=3 мм в объеме не менее 50–60 %. Длина прорезей 35+40 мм, длина звеньев буровых труб 2,5 м.

Швейцарский способ (метод Фельмана) отличается от метода Раннея тем, что бурение горизонтальных скважин ведут так же, как и вертикальных –обсадными трубами, в которые по окончании бурения вводят фильтровые трубы.

Направляющая головка соединяется с обсадной трубой – после окончания бурения остается в грунте. Продавливание обсадной трубы и удаление песка и гравия происходит так же, как и в методе Раннея.

Один метр проходки даст от 60 до 180 л выносимого грунта.

Метод Фельмана дает возможность определить гранулометрический состав водоносной породы и подобрать соответствующий фильтр.

Так как фильтровая труба вводится в обсадную трубу без значительных осевых условий, толщина стенки фильтровой трубы может быть 2–3 мм, что позволяет ширину щелей ограничить 2–2,5 мм или применить фильтровую сетку-обмотку. При этом методе буровые трубы применяются d=100+270+400 мм, при толщине стенок 15–20 мм длина звеньев – 2 м.

Фильтровые трубы стальные тонкостенные 2–3 мм. Скважность фильтровых труб 25–35 %. Диаметр шахты 3–3,5 м. При необходимости трубы применяют поливинилхлоридные, полистироловые, асбестоцементные.

Немецкий способ. Метод строительства, разработанный фирмой «Пройсаг», отличается от метода Фельмана тем, что горизонтальные дрены имеют гравийную обсыпку или блочные фильтры.

Горизонтальные лучи устраиваются так же как и в предыдущем случае – то есть путей бурения скважины, вымывания из нее грунта и выдачи шлама через шламовую трубу. В процессе бурения обсадная и шламовая трубы наращиваются на резьбовых соединениях. Гравий для обсыпки намывается через трубу d=50 мм, выводимую на поверхность земли. Выпуск гравийной смеси происходит по мере движения намывной трубы от головки к шахте. Вода из этой массы уходит через щели фильтра в шахту.

Верхняя часть фильтровых труб остается без щелей, учитывая возможное обнажение трубы при намыве.

Диаметр обсадных труб 350–400 мм. Блочные фильтры и гравийная обсыпка допускают устройство лучевых водозаборов в породах, где крупность песка 0,8–1,0 мм.

Венгерский метод устройства горизонтальных скважин–лучей практически является несколько усовершенствованным методом Раннея. По этому методу внутрь шламовой трубы несколько большего диаметра, чем в методе Раннея, вводится труба диаметром 20–25 мм, по которой под большим давлением подается на забой скважины вода для размыва и рыхления грунта перед буровой головкой.

Общим для всех трех методов является, что скважины–лучи сооружают закрытым способом – путем продавливания лучей из шахты в водоносный пласт. Различие в них в наборе труб и конструкции фильтра луча.

При близком залегании водоносного пласта и небольшой его мощности лучевые водосборы можно строить открытым способом.

Строительство ведется в следующей последовательности:

- разрабатывает котлован до заданной отметки;

- смонтированный блок лучевого водосбора опускают в котлован, закрепляют на проектной отметке отсыпкой под лучи подушек из гравия;

- отсыпают гравием котлован на заданную толщину по всей длине каждого луча. Затем котлован засыпают местным, желательно, фильтрующим грунтом, а ближе к поверхности земли – суглинистым грунтом.

Каптаж родников

Сооружения для захвата родниковых вод, выходящих на дневную поверхность, называют каптажом. Специальные гидрогеологические изыскания должны определить пригодность того или иного источника для водоснабжения, то есть установить достаточность и постоянство его дебита и степень соответствия качества его воды требованиям потребителя.

Каптажное сооружение должно быть по возможности простым и прочным, и выполняться из материалов, не ухудшающих качество воды. Весьма затруднительна разработка какого-то типового каптажного сооружения, пригодного для всех условий. При их устройстве каждый раз приходится решать вопрос о выборе конструкций с полным учетом всех местных особенностей, которые могут заключаться в следующем:

- тип родника (восходящий или нисходящий);

- характер водоносного пласта;

- характер выхода источника (сосредоточенный или рассредоточенный);

- характер и глубина залегания подстилающего водоупорного пласта;

- наличие и мощность пластов, закрывающих выход родников;

- наличие и характер возможных очагов загрязнения родниковой воды;

- геологические условия, обеспечивающие устойчивость и продолжительность работы каптажного сооружения;

- наличие местных строительных материалов и условия производства строительных работ.

В любом случае для нормальной работы каптажного сооружения необходимо:

- достаточно полно по площади и глубине вскрыть выход источника;

- предохранить источник от загрязнений и промерзания;

- принять меры по предотвращению образования оползней, обвалов и размывов на месте выхода источника;

- обеспечить надежную вентиляцию каптажа;

- стенки, дренаж и каптажную камеру основывать на водоупоре.

Сооружение для захвата нисходящих родниковых вод приведено на рис. 43. Оно выполнено в виде камеры, имеющей железобетонное перекрытие и днище, стены – из железобетонных колец. Вода в водоприемную камеру поступает через водоприемные отверстия, обсыпанные фильтром. С обеих сторон камеры устраиваются водонепроницаемые стенки из плотно утрамбованного глинистого грунта. Пространство, образованное стенками, перед водоприемными отверстиями заполняется песком. Камера оборудуется расходной, переливной и вентиляционной трубами.

Каптаж воды из восходящих родников производится через дно каптажного сооружения, в основании которого устроен фильтр из гравия, гальки и щебня. Подбор фильтрующего материала производят из условий, исключающих вынос мелких частиц в приемную камеру

Рис. 43. Каптаж нисходящих родников

1 – переливная труба; 2 – расходная труба; 3 – гравийная пригрузка; 4 –водоносный пласт; 5 – водоприемные отверстия; 6 – вентиляционная труба; 7 –песчаная засыпка; 8 – гравийная отсыпка; 9 – утрамбованный глинистый грунт.

Вода из каптажей подается потребителю самотеком или с помощью насосов. Насосы устанавливают в каптажных камерах или в отдельном здании у каптажа, либо у общей водосборной емкости, в которую стекает вода из ряда каптажей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: