Эжекторные иглофильтры, вакуумирование и электроосмос в слабо фильтрующих грунтах
В водоносных грунтах выемки разрабатывают при условии устройства водоотлива или искусственного понижения уровня грунтовых вод.
Открытый водоотлив осуществляется в плотных, хорошо дренирующих грунтах, путем откачки воды диафрагмовыми, поршневыми или центробежными насосами непосредственно из выемки в процессе разработки грунта ниже уровня грунтовых вод, а также после достижения проектного уровня для беспрепятственного выполнения последующих работ (устройство фундаментов, прокладка труб и т. д.).
Для сбора воды дну котлована или траншеи придают небольшой уклон в сторону водосборных приямков (зумпфов), устраиваемых в пределах выемки или вне ее.
Стенки приямков крепят шпунтом или деревянными ящиками без дна размером 1x1 м; на дно приямков насыпают фильтрующий материал (щебень или гравий).
При необходимости дополнительно по контуру дна котлованов устраивают открытые водоподводящие канавы, выполняющие роль дренажа, которые засыпают гравием.
Открытый водоотлив является наиболее простым и экономичным способом водопонижения, но имеет ограниченное применение вследствие того, что в выемке практически почти всегда присутствует вода, усложняющая производство работ и способствующая нарушению естественной структуры основания.
Поэтому во многих случаях приходится прибегать к искусственному понижению уровня грунтовых вод.
Установки с вакуумным водопонижением (УВВ) целесообразно применять при коэффициенте фильтрации от 1 до 0,01 м/сут. Сущность вакуумного водопонижения заключается в том, что в отличие от водопонижения легкой иглофильтровой установкой, где центробежный насос создает в грунте положительное избыточное давление, в фильтровом звене вакуумного иглофильтра и в окружающем грунте создается и непрерывно поддерживается вакуум, способствующий более интенсивному снижению зеркала грунтовых вод.
Водовоздушная смесь поступает в иглофильтр и откачивается вакуум-насосом. Ввиду того что воздуха в грунте недостаточно, для нормальной работы насоса через трубку, проходящую внутри иглофильтра, к наконечнику дополнительно подается атмосферный воздух.
В глинистых водонасыщенных грунтах с коэффициентом фильтрации менее 0,1 м/сут, где обычная иглофильтровая установка малоэффективна, применяют способ, основанный на явлении электроосмоса, т. е. перемещения воды в грунте под влиянием пропускаемого через него постоянного тока. Дополнительно к иглофильтровой установке со стороны котлована параллельно ряду иглофильтров погружают трубы диаметром 38 мм или стержни из арматурной стали, которые подключаются в цепь к положительному полюсу мотор-генератора с напряжением 30...60 В. Иглофильтры подсоединяются к его отрицательному полюсу. Под действием электрического тока вода, содержащаяся в порах грунта, перемещается в сторону иглофильтров. В результате увеличивается водоотдача глинистого грунта, поскольку извлекается не только гравитационная, но и капиллярная вода.
Эжекторные иглофильтровые установки (ЭИУ) применяют для понижения уровня грунтовых вод с коэффициентом фильтрации от 1 до 40 м/сут с глубины до 20 м.
Эжекторный иглофильтр состоит из колонны надфильтровых труб, фильтрового звена, колонны внутренних труб, к нижнему концу которых прикреплено эжекторное устройство — диффузор с насадком.
Эжекторный иглофильтр монтируют в определенной последовательности. Сначала гидравлическим способом (как и легкие иглофильтры) в грунт погружают ранее собранную колонну наружных труб с фильтровым звеном.
В слабофильтрующих грунтах эжекторные иглофильтры монтируют в заранее пробуренных скважинах под защитой обсадных труб.