Осушение котлована под фундамент

Откачка воды из котлована

Одним из этапов проведения строительных работ является обустройство котлована. Сложность данного процесса напрямую сопряжена с характеристиками грунта, прежде всего, с его плотностью, составом пород и уровнем подпочвенных вод. В случае их высокого уровня уже на этапе проектирования следует предусмотреть эффективно действующий водоотлив из котлована и правильно рассчитать все его технические параметры.

Область использования

Перед тем как приступить к непосредственному рытью котлована под строящееся здание, следует произвести ряд подготовительных работ. Все они подразделяются на две большие группы – внешнеплощадочные и внутриплощадочные. Под внешними работами подразумевается подведение к стройплощадке всей необходимой инфраструктуры – подъездных путей, линий электропередач и иных внешних коммуникаций.

К внутренним относятся подготовительные работы, производимые непосредственно внутри периметра строительной площадки: очистка территории, установка бытовых помещений, электрораспределительных щитов и т.д. Одним из важнейших этапов внутриплощадочных работ является устройство систем водоотлива.

Монтаж фундамента здания

Водоотлив из котлована предназначается для своевременного удаления дождевых, талых или грунтовых вод. Наиболее простым и распространённым решением данной проблемы является устройство водоотлива открытого типа. Такой способ осушения котлована и прилегающих территорий целесообразно использовать, если его стенки и дно сложены следующими породами:

1. Связные грунты, включающие в себя тонких прослоек и линз песка.
2. Несвязные грунты плотного сложения, с достаточным сопротивлением вымыванию.
3. Слоистые грунты, расход подпочвенных вод в которых не превышает средние значения по СНиП.
4. Водонепроницаемые плотные виды грунтов, способствующие скоплению дождевых и талых вод внутри котлованов и траншей.

Согласно ГОСТ №25-100 от 2011 г., к связным относятся грунты с прочными связями между отдельными частицами с коэффициентом пластичности, превышающим 1. Сюда относится большинство глинистых структур как чистых, так и с включениями песка и гальки. Несвязные грунты – рыхлые почвы, сложенные в основном неплотными песчаниками или илом (торфяники).

Применение открытых систем по удалению воды не рекомендуется на несвязных грунтах из-за высокой вероятности вымывания стенок котлована и водоотводных траншей. Как правило, в этом случае используются закрытые дренажные системы, или иные способы осушения. На рыхлых почвах открытый водоотлив из котлована следует применять только в экстренных случаях. Например, когда из-за водонасыщенности почвы существует угроза её перехода в состояние плывуна, что является аварийной ситуацией, грозящей обрушением стен.

Также допускается использование подобной методики на несвязных грунтах в том случае, если откосы котлована дополнительно укреплены шпунтовыми стенками глубокого заложения. Как вариант, во избежание размывов водоотводная траншея закрепляется по дну и стенкам гравийно-песчаной смесью или щебнем.

Конструктивные особенности

Система удаления воды из котлована открытым способом включает в себя целый ряд инженерных сооружений. Прежде всего, это следующие конструктивные элементы:

• Кавальеры – оградительная обваловка стенок котлована. Может производиться как по всему его периметру, в случае нулевого уклона участка, так и исключительно с нагорной стороны. Предназначается для защиты котлована от стока в него дождевой и талой воды извне. Отсыпается во время произведения земляных работ из вынимаемого грунта.
• Канавы, лотки или открытые дренажи для отвода лишней влаги с территории строительной площадки. При их обустройстве следует произвести правильный расчёт уклона, в соответствии с требованиями строительных нормативов. Это позволит избежать застоя воды или переполнения канав в случае интенсивных осадков, таяния снега или осушения дна котлована.
• Нагорная канава. Закладывается в том случае, если площадка строительства имеет значительный уклон. Нагорная канава предназначается для улавливания и отвода дождевой и талой воды, стекающей с верхней части строительного участка по направлению к месту будущей выемки грунта.
• Водосборные колодцы (они же приямки, зумпфы). Приямки обустраиваются на дне котлована и предназначаются для сбора поступающей в него грунтовой или сточной воды, откуда она удаляется наружу посредством насосного оборудования.
• Насосное оборудование – механизмы, с помощью которых производится откачка воды. Это могут быть либо переносные компрессоры, либо стационарно устанавливаемые на стройплощадке компрессорные станции. Последний вариант используется в случае, если имеется необходимость постоянного удаления поступающей в строительный котлован грунтовой влаги.

В соответствии со строительными нормативами, открытые системы водоотведения должны соответствовать следующим параметрам. Расчёт заложения канав и лотков должен быть произведён таким образом, чтобы их минимальный уклон относительно линии горизонта составлял от 0,002 до 0,003, то есть 2…3 см на каждый метр длины. Крутизна склонов траншеи, в зависимости от типа почвы, составляет от 75 до 90 О .

Расстояние между нагорной канавой и бровкой оградительной насыпи котлована (кавальеры) должна быть не менее 5 м, а между временной водоотводящей траншеей и оградительной насыпью – не менее 3-х м. Планировка земли в пределах между траншеей и насыпью должна быть произведена с уклоном в сторону водоотводной канавы.

Порядок проведения работ

Проведение земляных работ в условиях повышенного уровня грунтовых вод может производиться двумя способами:

1. Предварительное осушение строительного участка.
2. Выемка грунта с параллельным или последующим осушением котлована.

Оба этих способа различаются не только порядком проведения работ, но и набором применяемой для этого спецтехники.

Предварительное осушение

Первый способ подразумевает водопонижение, осуществляемое непосредственно перед началом землеройных работ. Применяется такой метод для уменьшения вероятности прорыва подземных плывунов на водонасыщенных участках, а также для обеспечения общей устойчивости грунта, придания ему дополнительной прочности при проведении выемки грунта. Для этого могут применяться различные методики: устройство дренажных скважин и колодцев, разгрузочных и поглощающих скважин, использование эжекторных и иглофильтровальных установок. Выбор конкретного способа зависит от геологических характеристик участка, особенностей залегания пород, мощности водоносных слоёв и т.д.

Система водопонижения в действии

Наиболее часто применяется способ открытого водопонижения: в нескольких местах по площади строительного участка бурятся скважины или роются колодцы. Удаление воды из них производится при помощи наносов с последующим отведением через дренажные канавы. В этом случае образуется устойчивая депрессионная воронка с пониженным уровнем подпочвенных вод. Закрытое строительное водопонижение может быть применено, когда под водоносными слоями залегают рыхлые водопоглощающие породы, например, под глинистыми грунтами находится прослойка песчаников.

Для понижения уровня грунтовых вод в данном случае закладываются скважины, соединяющие эти два пласта. В результате влага уходит по дренирующим скважинам из верхних слоёв почвы в глубину, поглощаясь нижерасположенными породами. Таким образом, удаётся произвести водопонижение без обустройства системы наружного отведения.

Последующее осушение

Способ может применяться как отдельно, так и в комплексе с предварительным водопонижением. Например, когда водопонижение при помощи бурения скважин дало лишь временные результаты, либо при проведении землеройных и строительных работ в сезон дождей или интенсивного таяния снегов.

В этом случае почвенная влага, просачиваясь сквозь стенки и дно котлована, поступает в специальные водосборные канавы-зумпфы. Из водосборников вода откачивается при помощи насосных установок и подаётся за перемычку, отделяющую котлован от водоотводных траншей.

Прорыв грунтовых вод в строительный котлован

Количество приямков-зумпфов и мощность насосов зависят от количества поступающей воды. Для этого производится предварительный расчёт количества поступающей воды, мощности насосного оборудования и пропускной способности водоотводных канав.

Размеры водоприёмных зумпфов обычно делают метр на метр или полтора на полтора, при глубине от 2 до 5 м. Для предотвращения их оплывания под воздействием стекающей воды, стенки могут укрепляться коробами из досок, фанеры или бревенчатыми (брусчатыми) срубами.

Использование водоотводящей системы должно продолжаться на всём протяжении строительства фундамента, вплоть до набора бетонным монолитным бетоном максимально крепости. Обычно на это уходит порядка 4 недель. После этого производится тщательная гидроизоляция стенок несущего основания и засыпка пазух котлована.

Расчёт притока воды

При обустройстве водоотводной системы очень важно произвести правильный расчёт её пропускной способности, в том числе необходимый объём зумпфов, количество и мощность насосов. В случае неправильных вычислений эффективность системы водоудаления может быть недостаточной. Как результат – может произойти постепенное затопление котлована.

Минимальная необходимая мощность используемых насосов определяется с таким расчётом, чтобы они могли успеть выкачать воду из приямков даже в случае различных форс-мажорных ситуаций: прорыва плывуна, обильных осадков, интенсивного таяния снега и льда.

В современном строительстве среднесуточный приток грунтовых вод в котлован высчитывается по формуле французского инженера Жюля Дюпюи:

Где Q – суточный дебет воды, к – фильтрационный коэффициент для водоносного слоя, Н – толщина водоносного слоя в метрах, R и r_о – радиус депрессии и приведённый радиус котлована в метрах. Приведённый радиус, в свою очередь, вычисляется по формуле:

Где η – коэффициент соотношения длины и ширины стенок котлована, обозначаемых в формуле как L и В. Зависимость этого коэффициента от длины и ширины показана в таблице.

Для удаления воды из приямков можно использовать любые типы насосов, подходящие для этого: центробежные, диафрагмовые, а при загрязнении воды крупными частицами взвеси – грязевые насосы. Для выкачивания воды из водопонижающих скважин – артезианские и вакуумные установки. Главное условие, чтобы их суммарная мощность превышала максимальный расчетный дебет для котлована.

На видео показано применение систем водопонижения и водоотведения при устройстве котлована.

В целом системы водоотведения и водопонижения являются эффективным способом борьбы с высоким уровнем грунтовых вод при устройстве котлованов. Правда из-за их высокой себестоимости и потребности в привлечении спецтехники они редко малоприменимы для частного строительства.

Источник

Когда необходима и как осуществляется откачка воды из котлована?

Обустройство котлована — один из важнейших этапов строительных работ по возведению дома, коммерческого или промышленного здания.

При высоком уровне залегания грунтовых вод, важно правильно выполнить их откачку из котлована.

Далее в статье предусмотрен правильный порядок действий и предварительные расчеты.

Что такое водоотлив?

Водоотлив из котлована представляет собой комплекс мероприятий, которые позволяют избавиться от скопления воды. При правильном выборе оборудования и методики выполнения работы сохраняется целостность стенок котлована, можно продолжить работы на стройплощадке.

Проблема скопления воды встречается практически на любых участках, из-за чего важно предусмотреть водоотлив на этапе планирования.

Это позволяет решать комплекс задач:

• спецтехника и рабочие не будут работать в воде ни на одном из этапов строительства;
• обеспечивается безопасность для людей и оборудования от обрушения стенок котлована;
• эффективность рабочего процесса увеличивается, так как не бывает простоев.

Если воду откачивать по мере необходимости, работы завершаются в установленные сроки. При этом не появляется дополнительная сложность и большие расходы при возобновлении строительства.

Зачем нужен дренаж?

Откачка воды из котлована позволяет не останавливать строительство, быстро осушить участок. Водоотлив обеспечивается при появлении следующих проблем:

Грунтовые воды	Их влиянию подвержен практически любой строительный объект. При близком залегании воды случается, что котлован полностью затопило и работы вынужденно остановлены.
Плохие погодные условия	Скопление воды может произойти из-за резкого потепления в холодный период или ливневых дождей летом. Мощная техника позволит быстро осушить котлован от воды, которая его заполняет, и спасти фундамент при его обустройстве.
Ошибки во время земляных работ	Перед началом строительства проводятся расчеты, выполняются комплексные изыскания на площадке. Это позволяет выявить возможные угрозы и предотвратить их. Если подготовительная работа не выполнена, возможно обнаружение воды.

Уровень грунтовых вод поднимается во время таяния снега. Это сказывается не только на завершенных объектах, но и во время обустройства котлована. Проблема усугубляется и при длительных осадках. Все это ухудшает несущую способность почвы несмотря на мероприятия по ее укреплению.

Данную ситуацию исправит своевременно организованный водоотлив. Необходимо специальное оборудование и предварительная подготовка. В этом случае на работу уходит немного времени. После этого можно продолжить возведение объекта.

Методики водопонижения

Водоотлив нужен для своевременного отведения талых, грунтовых и дождевых вод. Перед выполнением работ проводится предварительное исследование грунта и строительной площадки, подбирается подходящий метод откачки воды.

Учитываются следующие технические параметры:

• схема, по которой выполняется выемка грунта;
• объем воды с учетом вместимости емкости;
• глубина отверстия для установки насосов;
• расчет количества поступающей воды в котлован;
• определение времени на откачку с сохранением параметров перемычек и откосов.

Технология осушения является сложным комплексом мер, требующим профессионального участия и привлечения оборудования. Необходимо учитывать особенности, характеристики почвы, конкретного котлована.

Применяются стандартные способы организации водоотлива:

1. Открытый водоотлив. Процесс выполняется напрямую из котлованов и траншей.
2. Закрытый. Откачка выполняется через технологические углубления или скважины, которые находятся за пределами котлована. Используются специальные фильтры для сбора водных масс.

В большинстве случаев используется открытый тип, но выбор зависит от конкретных условий на строительной площадке и качества грунта. Важно руководствоваться требованиями регламентов и строительных норм.

В процессе откачки воды ведется постоянное наблюдение за откосами и другими укрепляющими конструкции. Если появляются проблемные участки, проводится укрепление. На качество работы влияет состояние монтажных элементов и перемычек.

Открытый

Такой тип водооткачки становится наиболее простым и распространенным решением. Он подходит в тех случаях, когда стенки и дно организованы из грунтов следующих типов:

• связных, имеющих включения песка и тонких прослоек;
• слоистых, где расход почвенных вод относится к среднему уровню;
• несвязный с плотным сложением, отличающихся достаточным сопротивлением вымыванию;
• водонепроницаемых плотного типа, в которых скапливаются дождевые и талые воды.

Это самый экономичный и простой способ. Процедура проводится на грунтах, которые сохраняют целостность основания выемки и устойчивость откосов.

При выборе открытого водоотлива используются конструкции:

Кавальеры	Это обваловка стенок оградительного типа, Которая выполняется с нагорной стороны или по периметру.
Нагорная канава	Закладывается, если наблюдается уклон на площадке. Система используется, если вода стекает в котлован с верхней точки участка.
Канавы, лотки, открытые дренажи	Элементы позволяют эффективно отводить влагу. Важно правильно рассчитать уклон. Учитываются требования регламентов и строительных норм.
Насосное оборудование	Используются стационарные системы или переносные компрессоры. Последние элементы используются, если требуется постоянная откачка воды.
Водосборные колодцы	Обеспечивается устройство зумпфы и приямки. Систему оборудуют на дне котлована, чтобы эффективно собирать грунтовые или талые воды.

При выборе открытой системы выполняются подробные расчеты. Их использование возможно, если крутизна склона траншеи составляет 75-90 градусов. При этом минимальный уклон составляет 2-3 см на каждый метр относительно горизонта.

Закрытый

Если для участка характерны несвязные грунты с низкой сопротивляемостью к вымыванию, могут разрушиться стенки котлована или траншей.

В данном случае предпочтительнее закрытые системы. Такой вариант очистки вод применяется при строительстве на рыхлых почвах.

Используются такие методики:

• иглофильтровый;
• вакуумный;
• электроосмос для расширения области действия иглофильтровых установок.

Система основана на эффективном понижении уровня воды с использованием искусственных средств. Это совершенный и эффективный, но и непростой в организации метод. Работа осуществляется путем перекачки воды через скважины, которые располагаются вдоль траншеи или вокруг котлована.

Расчет притока водных масс

Для водоотводной системы важно выполнить предварительные расчеты. Если они будут сделаны неправильно, эффективность водоотведения снижается. В результате котлован постепенно наполняется водой, а работы на участке останавливаются.

Определяется минимальная мощность насосов. Они должны успевать откачивать воду даже при появлении нестандартных ситуаций — обильных и продолжительных осадков, прорыва плывуна, интенсивного таяния льда и снега.

Расчеты необходимы, чтобы правильно подобрать оптимальное оборудование, время на выполнение операции. Формулы предусмотрены для двух емкостей — траншей и котлованов. Для упрощения расчета во внимание принимают вертикальные откосы.

Учитывается отношение ширине к длине:

• менее 1:10 для небольших емкостей;
• более 1:10 для широких котлованов разных форм, в том числе нестандартных.

Параметр равновеликого круга радиуса или r0 применяется, если емкость не имеет вытянутую форму. Для котлованов прямоугольной формы значение рассчитывается следующим образом:

B/L	0	0,2	0,4	0,6	0,8
η’	1	1,12	1,16	1,18	1,18

При неправильной форме используют формулу:

r0 = √F/π, где F представляет площадь котлована, выраженную в кв. метрах.

Для определения притока воды используют формулу текущего режима понижения уровня воды. Если выявлено несколько слоев почвы с разной водонепроницаемостью, нужно выявить средневзвешенное значение фильтрации:

• k1 и далее представляют коэффициенты фильтрации для каждого слоя земли в метрах в сутки;
• показатели h представляют толщину слоев в метрах.

Чтобы выявить фактическую подачу воды на конкретной скважине, строят совмещенные характеристики скважины, трубопровода, насосной установки.

Учитываются следующие особенности:

1. Кривая bc характеризует насосную установку. Она строится с учетом того, что в напорном трубопроводе наблюдаются гидравлические потери.
2. По линии а-1 видно геодезическую высоту подачи. Она соответствует разнице между местом излива воды из трубопровода и статическим уровнем воды в конкретной скважине.
3. Линия а-2 обозначает место прохождения трубопровода;
4. Линия а-3 определяет скважину.
5. Линия а-4 означает совмещенную характеристику скважины и трубопровода. Для этого нужно прибавить к линии а-3 потери напора в трубопроводе от напорного патрубка до места сброса воды из трубопровода.

Во время строительства обычно используется вся система водопонизительных скважин. При этом общее снижение грунтовых вод зависит от общего дебита скважины.

Разновидности осушения строительных котлованов

Для грамотного осушения используется один из двух вариантов:

Предварительное осушение заключается в водопонижении перед началом строительных работ. Данный способ позволяет предотвратить прорыв подземных плавунов. Он эффективен на водонасыщенных участках.

В результате улучшается общая устойчивость грунта, появляется дополнительная прочность во время его выемки.

Существует несколько методик для предварительного осушения:

• устройство поглощающих и разгрузочных скважин;
• организация дренажных колодцев и скважин;
• применение иглофильтров и эжекторных установок.

Последующее осушение может применяться вместе с предварительным или отдельно от него. Почвенная влага просачивается через дно и стенки котлована. После этого она поступает в зумпфы, которые представляют собой специальные водосборные канавы. Каждый такой элемент выполняется при глубине 2-5 метров. Его размеры составляют метр на метр или 1,5 х 1,5 м.

Схема и технология открытого водоотлива

Общая схема открытого водоотлива включает следующие элементы:

• 1 — сниженная поверхность грунтовых вод;
• 2 — напорный трубопровод;
• 3 — изначальная поверхность грунтовых вод;
• 4 — насос;
• 5 — канава сборная;
• 6 — приямок.

На схеме стрелки отображают направление движения воды.

При использовании открытого метода вода проникает через откосы и дно, после чего направляется по водосборным канавам, а затем попадает в приямки. После этого она откачивается при помощи насосов. Если грунт мелкозернистый, дополнительно загружается песчано-гравийная смесь. Она улучшает проводимость воды.

Применяются следующие типы центробежных насосов:

С	Используются при выборе открытой системы откачки воды. Они эффективны, если наблюдается сильное загрязнение воды.
К	Подходят при подготовительном отведении воды после разработки с помощью выемки грунта или гидромеханизмов.
МС	Секционные устройства подходят для работы с температурой до уровня 60 градусов. Они используются для питания эжекторной системы.
НД	Одноступенчатое оборудование оснащено рабочим колесом и разъемным корпусом в горизонтальном положении. Система подходит для работы с температурой до уровня 100 градусов.

Важно заранее запланировать использование насосов и подобрать наиболее эффективные из них. Учитываются особенности участка, качественные характеристики грунта.

Закрытый водоотлив

В случае низкой эффективности открытой откачки воды применяется искусственное водопонижение. Процесс выполняется благодаря непрерывной откачки. Процесс планируется до грунтовых работ.

Применяются такие методики:

Выбор способа зависит от конкретных условий работы. Учитываются параметры емкости, глубина, параметры оборудования.

Иглофильтровой

В данном случае применяются иглофильтровые установки. Они выполняются из стальных труб с фильтрами, самовсасывающим вихревым насосом, коллектором для сбора воды. Трубы из стали погружаются в обводненный грунт по периметру отверстия. Иглофильтр включает трубу диаметром 40-50 см и фильтрующее звено.

На схеме отображаются следующие элементы:

• «а)» при одноярусном размещении иглофильтров;
• «б)» в случае двухъярусного расположения;
• «в)» для работы в траншее;
• «г)» при использовании фильтрующего звена.

Применяют следующие элементы:

• 1 — насосы;
• 2 — кольцевой коллектор;
• 3 — депрессионную кривую;
• 4 — фильтрующее звено;
• 5 — фильтрационную сетку;
• 6 — внутреннюю трубу;
• 7 — наружную трубу;
• 8 — кольцевой клапан;
• 9 — гнездо клапана кольцевого;
• 10 — ограничитель.

При включении шаровые клапаны поднимают вверх, после чего отверстие закрывается. Одновременно опускается клапан, который направляет воду в пространство между трубами.

Вакуумный насос

Он основан на работе эжекторного оборудования, которое используется для работе на глубине 15-20 метров.

На схеме передается использование следующих элементов:

• «а)» — вакуумной установки;
• «б)» — принципа действия иглофильтра эжекторного;
• 1 — центробежного насоса с низким давлением;
• 2 — циркуляционного резервуара;
• 3 — лотка сборного;
• 4 — напорного насоса;
• 5 — напорного рукава;
• 6 — иглофильтра эжекторного;
• 7 — напорной воды;
• 8 — сопла;
• 9 — всасываемой воды;
• 10 — клапана обратного;
• 11 — фильтровой сетки.

Технология связана с погружением фильтрового звена в гнут. Используется принцип легкого иглофильтра. При этом надфильтровое звено включает наружную и внутреннюю трубу со специальной насадкой.

После погружения почва размывается, под воздействием тяжести опускается труба. Затем до нужного уровня опускается внутренняя труба. Вода создает разрешение, подсасывается из рабочей трубы.

Использование электроосмоса

Он используется в грунтах с коэффициентом фильтрации до 0,05 м/сут. Вместе с иглофильтрами обеспечивается погружение трубы или стержня из стали на такую же глубину. Обеспечивается расстояние между элементами от 50 см до 1 метра. Иглофильтры подключают к катоду, трубы — к аноду.

На схеме передается изображение элементов:

• 1 — катода (иглофильтра);
• 2 — анода (трубы);
• 3 — коллектора;
• 4 — токопровода.

Вода освобождается под действием тока. Затем она поступает к иглофильтрам. В зависимости от показателей мощности конкретной установки фильтрация увеличивается от 5 до 25 раз.

Расценки

Цена на откачку воды зависит от объема и сложности работ, количества задействованной техники. Во внимание принимаются условия на конкретном объекте и необходимая скорость выполнения операции.

Для определения точной стоимости важно вызвать специалистов на объект. Они проводят исследование, подбирают оптимальный способ выполнения работ, уточняют предстоящие затраты.

Стоимость начинается от 1300 рублей за кубический метр. При этом учитывается тип насоса, удаленность объекта, проведение подготовительной работы, наличие нестандартных условий.

Все самое важное и полезное о котловане и его разработке найдете в этом разделе.

Заключение

Откачка воды из котлована относится к числу сложных процедур, требующих предварительного планирования и работы профессионалов. Необходимо правильно подобрать спецтехнику и насосы. Учитывается место проведения работы, мощность установок, сложность конкретных условий на объекте.

Источник