Производство земляных работ с понижением грунтовых вод легкими иглофильтрами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство земляных работ с понижением грунтовых вод легкими иглофильтрами

Понуркевич С. гр. ПГС/б-19-1-о



Методика расчета и проектирования работ

Блок данных для расчета:

Тип грунта - супесь.

Коэффициент фильтрации Kф = 1 м/сут.

Расстояние иглофильтра от бровки выемки l = 0,5 м.

Длина игл 9 м.

Диаметр иглофильтра принять по данным табл. 4.1.

Таблица 4.1 Характеристики некоторых марок комплектов легких иглофильтров

Параметры	ПВУ-2	ЛИУ	ЛИУ-3
Мощность насосного агрегата, кВт	55	28	10
Количество воды, откачиваемое установкой, м3	100	63	60
Число фильтров N, шт.	100	34	28
Вес установки, т	10,73	3,15	2,52
Диаметр фильтра, мм	38	50	50

Можно составить единый комплект из двух разных комплектов иглофильтров с иглами одного диаметра. Целесообразно принимать общий комплект из одного типа установки. Схемы размещения систем легких иглофильтров относительно разрабатываемых выемок

Относительно котлованов технологическую линию установки легких иглофильтров (ЛИУ, рис. 4.1, а) располагают по периметру, т.е. по кольцевой системе (рис. 4.2), в которой возможны разрывы для прохода строительной техники (рис. 4.1, б).

Система водопонижения грунтовых вод может состоять из отдельных технологических линий (рис. 4.3).



Рис. 4.1. Схемы размещения технологических линий легких иглофильтров относительно разрабатываемых (проектируемых) видов выемок: а - котлован без въездной траншеи; б - котлован со въездной траншеей; в - траншеи при малых пролетах здания (l = 6 м; l = 9 м); г - траншеи при больших пролетах здания (l > 18 м); д - четыре траншеи при малых пролетах здания (l = 6 м, l = 9 м); 1 - иглы; 2 - водосборный коллектор; 3 - насосные установ- ки; е - поярусное размещение технологических линий легких иглофильтров:

Рис. 4.2. Системы водопонижения относительно котлована: 1 - легкий иглофильтр; 2 - фильтр; 3 - гибкий шланг; 4 - водо- сборный коллектор; 5 - опора; 6 - депрессионная кривая (зер- кало воды, т.е. новое положение уровня грунтовых вод, УГВ)



Рис. 4.3. Система водопонижения, состоящая из отдельных технологических линий легких иглофильтров: 1 - иглы легких иглофильтров; 2 - водосборный коллектор; 3 - насосные установки

Технологическую линию системы ЛИУ располагают вдоль траншеи с одной стороны. Грунтовая вода откачивается через фильтр (рис. 4.4), длина которого достигает 1,5 м.

Рис. 4.4. Схема откачки грунтовой воды фильтром:

1 - легкий иглофильтр; 2 - фильтр; 3 - гибкий шланг;

4 - водосборный коллектор; 5 - опора

Расчетная схема водопонижающей системы ЛИУ. Для построения расчетной схемы (рис. 4.5) следует знать (либо принять для расчета) первоначальный уровень грунтовых вод.



Рис. 4.5. Расчетная схема водопонижающей системы ЛИУ относительно котлована

Первоначальный уровень грунтовых вод обозначен на схеме величиной h1, Нв.сл - высота водоносного слоя.

Расчет количества иглофильтров

Методика расчета количества иглофильтров представлена в сле- дующих источниках: СНиП «Проектирование оснований и фундаментов» (ч. 2), Хамзин С.К., Карасев А.К. Технология строительного про- изводства (М., 1998), Кузнецов Ю.С. Производство земляных работ в зимних условиях (Петрозаводск, 1986).

Требуемая производительность насосной установки Q,

где Нв.сл - высота водоносного слоя, Нв.сл = 9 - h1, м; r - приведенный радиус группы иглофильтров; Rr - радиус действия группы игло- фильтров.

Приведенный радиус группы иглофильтров r, м:



Примечание:

В числителе представлена площадь зоны действия иглофильтров:

в случае разработки котлована принимается площадь, заклю- ченная в контур коллектора (с учетом размеров котлована по верху и расположения игл ЛИУ на расстоянии 0,5 м от бровки выемки);

в случае разработки траншеи площадь зоны действия игло- фильтров определяется аналогично, учитываются размеры траншеи по верху и расположение игл ЛИУ с одной стороны от траншеи на расстоянии 0,5 м относительно ее бровки.

Радиус действия группы иглофильтров

Rr ? R1 ? r,

где R1 - радиус действия одного иглофильтра.

Радиус действия одного иглофильтра R1, м:

R1 ? 1,95 ? S Hв.сл Kф .

5.Пропускная способность одного иглофильтра q, м3/ч:

q ? 0, 7 ? 3,14 ? dKф ,

где d - диаметр ЛИУ, м (например, при диаметре ЛИУ 50 мм в рас- чет принять 0,05 м); Kф - коэффициент фильтрации, Kф = 1 м3/сут, учитывать без изменения единиц измерения (результат эмпириче- ской формулы будет выражен в м3/ч).

6.Расчетное (требуемое) число иглофильтров Nрасч, шт., опреде- ляется по формуле

Nрасч

? Q .

q

По значению Nрасч подбирается комплект иглофильтров (см.

табл. 4.1), т.е. устанавливается принятое количество иглофильтров Nпр.

7.Шаг ЛИУ lш, м:

l ? Ртех.нитки .

ш N

пр(ЛИУ)

где Ртех.нитки - длина коллектора, объединяющего иглы ЛИУ (определяется проектируемой длиной коллектора), м; количество ЛИУ, шт.

Nпр(ЛИУ)

- принятое

Расчет трудоемкости и продолжительности монтажа и демонтажа ЛИУ

Блок данных для расчета: значения нормы времени Нвр (единичной трудоемкости, т.е. трудоемкости на выполнение единицы продукции):

Погружение иглофильтров: Нвр = 2,74 чел.-ч, Нвр приведена на гидропогружение одной иглы (а = 1 игла).

Монтаж водосборного коллектора: Нвр = 26,6 чел.-ч, Нвр при- ведена на монтаж 100 м коллектора (а = 100 м).

Демонтаж коллектора: Нвр = 15,2 чел.-ч, Нвр приведена на монтаж 100 м коллектора (а = 100 м).

Извлечение ЛИУ: Нвр = 1,56 чел.-ч, Нвр приведена на извлече- ние одной иглы (а = 1 игла).

Комплект (комплекты) иглофильтров принять конструк- тивно или методом подбора на основании получаемых результатов расчета.

Количество рабочих в звене (на все операции по устройству и демонтажу системы ЛИУ) принять 4 человека (n = 4). Увеличение количества рабочих ведет к увеличению количества техники (в слу- чае занятости двух звеньев предполагается наличие двух машин, ис- пользуемых в процессе гидропогружения игл ЛИУ).

Примечание: данные Нвр приняты на основании СНиП IV 5-82,

сб. 1 «Сметные нормы».

Расчет калькуляции трудозатрат и графика производства работ выполняется по методике п. 3.4 и 3.5.

Вариант работ 1. Технология погружения игл ЛИУ после разработки выемки (котлована или траншей)

Определяется соотношение объемов мокрого и сухого грунта (рис 4.6).

Рис. 4.6. Расположение грунтов

Мокрыми следует считать:

грунты, расположенные ниже УГВ;

грунты, расположенные выше УГВ на величину капиллярного поднятия воды (капиллярного подсоса воды):

0,3 м - для крупных, средней крупности и мелких песков (дре-

нажный материал);

0,5 м - для пылеватых песков и супесей;

1,0 м - для суглинков и глин.

При определении трудоемкости работ на разработку объема мокрого грунта необходимо увеличить норму времени на коэффици- ент фильтрации 1,1:

Qмокр.гр ? Нвр ?1,1.

Последовательность работ:

вертикальная планировка площадки;

разработка выемки экскаватором типа «обратная лопата»;

отвалы грунта (сухого) перемещаются либо вывозятся, т.е. освобождается место для проходки техники с целью гидропогруже- ния ЛИУ;

погружение игл ЛИУ;

монтаж водосборного коллектора;

организация технологического перерыва ф, м/сут, земляных и прочих строительно-монтажных работ, необходимого для водопони- жения:

Нв.сл Kф ;

выполнение работ нулевого цикла.

Расчет

Для расчета требуются следующие данные:

1. Тип грунта: супесь

2. Коэффициент фильтрации (например, коэффициент фильтрации супеси меняется в переделах от 0,1 до 1,0 м/сут.; при отсутствии данных можно принять супесь с kф, м/сут.=1м/сут.

3. Расстояние от бровки котлована (или траншеи) до иглы ЛИУ, принять:

l = 0,5 - 1,0 м. (в случае осушения массива грунта методом «Электроосмоса» l = 1,0м);

4. Высота капиллярного подсоса (табл. 1, принятая из сб. 01 НПРМ), т.е. толщина слоя мокрого грунта над уровнем грунтовых вод выше УГВ.

5. Глубина выемки (котлована или траншей), принять самостоятельно от 2.0 до 3.5 м.

6. Уровень грунтовых вод (УГВ), при отсутствии данных, принять на высоте 0,5 - 1,0м от основания котлована.

7. Длина металлических игл комплекта ЛИУ может составлять: 6,5 м; 7,5 м; 8,5 м, 9,0 м; (в расчете игла ЛИУ может быть принята любой длины, с учетом того, что иглофильтры желательно заглублять в грунт ниже основания котлована или траншеи не менее 1,5 - 2,0 м).

8. Высота фильтрового звена иглы может составлять 0,94 - 1,25 м. (принять равной 1,25м).

9. Внутренней диаметром фильтрового звена 38 мм, наружная труба фильтрового звена (с отверстиями) имеет диаметр 50 мм.

10. Погружают иглофильтры на рабочую глубину 7 - 8 м гидравлическим способом либо в предварительно пробуренную скважину (в расчетах принять метод гидропогружения игл ЛИУ)

Расчетная схема

1. В соответствии с блоком данных, разработать расчетную схему (рис. 1а) работы системы ЛИУ, пример расчетной схемы с поперечным размером котлована приведен на рис. 1 б. Расчетную схему требуется разработать в соответствии с размерами котлована, соблюдая масштаб.

а)

б)

Рис. 1 Расчетная схема размещения ЛИУ относительно котлована: а- условная расчетная схема (без системы водоотвода; б) пример расчетной схемы (Снигирева В.Н., гр ПГС-12-1).

Нв.сл. - мощность водоносного слоя (высота водоносного слоя) определяется расстоянием от уровня сухого грунта (или условно от уровня грунтовых вод) до низа фильтра иглы (можно принять до водоупорного слоя геологического разреза площадки).

Высота капиллярного подъема воды в различных грунтах сб. 01 НПРМ

Таблица 1

№ п/п	Тип грунта	Ед. Изм.	Толщина слоя мокрого грунта от УГВ (h2)
1.	Пески и легкие супеси	м	0,3
2.	Пески пылеватые и тяжелые супеси	м	0,5
3.	Суглинки, глины и лессовые грунты	м	1,0



Рис. 2. Схемы производства работ

Рис. 3 Продольный разрез системы ЛИУ: а - с кольцевой системой поверхностного водоотлива; б - с участком водоотлива в торце котлована и вдоль длинных его сторон

Методика расчета

1) Требуемая производительность насосной установки:

Например, производительность различных типов ЛИУ составляет 60 - 140 м3/ч с комплектом иглофильтров 60 - 100 шт



Где:

НВ.СЛ. - высота водоносного слоя, т.е высота от фильтра иглы до слоя сухого грунта: до первоначального уровня грунтовых вод, включая высоту мокрого грунта (выше УГВ), образованного капиллярным подсосом воды (табл. 1), м. иглофильтр монтаж производительность насосный

НВ.СЛ. = НЛИУ - h1 + h2

h1 - уровень размещения грунтовых вод относительно дневной поверхности земли (значение h1 определяется в соответствии с расчетной схемой);

h2 - высота капиллярного подсоса, т.е. толщина слоя мокрого грунта, располагаемого выше уровня грунтовой вод, (табл. 1).

r - приведенный радиус группы иглофильтров (формула представлена ниже)

Rr - радиус действия группы иглофильтров (формула представлена ниже); S - толщина мокрого слоя грунта, включающего в себя:

1) слой грунта капиллярного подсоса,

2) слоя мокрого грунта от депрессионной кривой до основания выемки, равного 0,5м, (минимальная глубина понижения УГВ относительно дна выемки, предусмотренная нормами СНиП).

S = (Нкотл (тр) - h1) + h2 + 0,5, м

ПРИМЕЧАНИЕ: единицы измерения требуемой производительности насосной установки перевести из м3/сут. в м3/час.

1) Приведенный радиус группы иглофильтров:



Где Fрасч. - расчетная площадь осушения, мІ,

ПРИМЕЧАНИЕ:

В числителе представлена площадь зоны действия иглофильтров:

1) в случае разработки котлована принимается площадь, заключенная в контур коллектора (с учетом размеров котлована по верху и расположения игл ЛИУ на расстоянии 0,5 м или 1,0 м от бровки выемки)

2) В случае разработки траншеи, площадь зоны действия иглофильтров определяемая аналогично, учитываются размеры траншеи поверху и расположение игл ЛИУ относительно ее бровки.

Например, при осушении котлована технологической линией кольцевой системы, величина (r) определяется в соответствие с преобразованной формулой .

Где:

b - ширина котлована по низу, м;

с - длина котлована по низу, м;

Hкот · m - ширина заложения откоса, м;

l = принятая 0,5 м (или 1,0 м) - расстояние от бровки выемки до технологической линии

2) Радиус действия группы иглофильтров:



Где: R1 - радиус действия одного иглофильтра (формула 4)

3) Радиус действия одного иглофильтра:

4) Пропускная способность одного иглофильтра:

где:

d - диаметр ЛИУ, м

kф - коэффициент фильтрации грунта (принять в соответствием задания, м3/сут.

ПРИМЕЧАНИЕ:

1. Диаметр ЛИУ принять в м., (например, при диаметре ЛИУ, равным 50 мм., в расчет принять 0,05 м),

2. Коэффициент фильтрации (kф), учитывать в формуле без изменения единиц измерения, принять м3/сут. (результат эмпирической формулы будет выражен в м3/час).

5) Расчетное (требуемое) число иглофильтров N расч. определяется по формуле:

По значению Nрасч. подобрать комплект иглофильтров (табл. 2, табл. 3), т.е. установить принятое количество иглофильтров Nпр. Наибольшее распространение получили установки

ЛИУ-3, ЛИУ-5 и ЛИУ-6. Можно принимать разные комплекты ЛИУ по количеству игл Лиу, но неизменного диаметра.

6) Шаг ЛИУ определяется соотношением:

(расстояние между иглами ЛИУ может составлять 0,75 - 3,0 м)

Где :

Ртехн. нитки - длина коллектора, объединяющего иглы ЛИУ (определяется проектируемой длиной технологической линии водопонижающей системы)

1. Например, периметр технологических линий (коллектора), размещенной относительно котлована по кольцевой системе, определяется по формуле:

Р = [2· (с + 2H·m + 2·0,5) + 2· (b + 2H·m + 2·0,5)]

2. Например, периметр технологических линий, размещенной относительно котлована: по кольцевой системе с разрывом на ширину въездной траншеи, определяется по формуле.

Р = [2· (с + 2H·m + 2·0,5) + 2· (b + 2H·m + 2·0,5)] - lразр.

3. Например, длина технологических линий, размещенной вдоль траншеи или котлована (с одной из длинных сторон траншеи или котлована). Р = с + 2H·m Где;

lразр. - длина технологической линии водопонижающей системы, например, запроектированная с учетом ширины въездной траншеи.

с - длина котлована или траншеи по низу, м.

Система может состоять их отдельных систем ЛИУ, каждая из которых обслуживается насосной установкой (система не обязательно должна быть единой и закольцованной). Длину коллектора, обслуживаемого насосной установкой, ориентировочно принять 100 м (табл.4), в различных комплектах длина коллектора может состоять 54 м, 100 м, 105 м.

ПРИМЕЧАНИЕ: Всасывающий коллектор укладывают с уклоном от насоса 0,01- 0,02%. Для изменения направления коллектора в комплект установки входят по 4 колена 45° и 90°.

Таблица 2 Комплекты иглофильтров

Наименование	Тип установки
	ПВУ-2	ЛИУ	ЛИУ-3
1.Мощность насосного агрегата, кВт	55	28	10
2. Количество воды, откачиваемой установкой	100	63	60
3. Число (N) ЛИУ, шт.	100	34	28
4. Вес установки, т	10,73	3,15	2,52
5. Диаметр ЛИУ, м	0,038	0,05	0,05
6. Длина игл ЛИУ,м	6.00 - 9.00	6.00 - 9.00	6.00 - 9.00

Таблица 4 Водопонижения ЛИУ-6БМ

Максимальная высота самовсасывания, м	7,3
Максимальное разряжение во всасывающем коллекторе, КПа	80
Рекомендуемый напор при водопонижении, МПа	0,16-0,32
Номинальная длина коллектора, м	100
Длина одного звена коллектора, м	6
Диаметр условного прохода коллекторных труб, мм	146
Номинальное количество иглофильтров, шт	100
Диаметр условного прохода надфильтровых труб, мм	40
Максимальная длина иглофильтрового звена, м	8,5
Установленная электрическая мощность, кВт	33
Максимальное вакуумметрическое разряжение, создаваемое вакуумнасосом, КПа	92
Производительность по воздуху при разряжении в коллекторе 71,4 КПа, м3/час	16
Производительность по воде при напоре 0,33 МПа, м3/час	140
Максимальный напор на выходе из насоса, МПа (кГс/см2)	0,38
Мощность электродвигателя, кВт	22
Масса установки, кг	7110
Габаритные размеры в рабочем состоянии, м:
длина (номинальная)	100
ширина (максимальная)	4,5
высота	3

ПРИМЕЧАНИЕ

При сравнении Нвр (чел.-час.) на процесс «Гидравлическое погружение иглофильтров» по сб. ЕНиР (принято из ТТК) - табл. 2 и величины, принятой по СНиП ч. 4 «Сметные нормы» (табл. 3) очевидно, что значения отличаются (при переводе норм на погружение одного иглофильтра), различие значений объясняется тем, что в сб. СНиП нормы приведены в качестве КОМПЛЕКСНЫХ (или иначе, УКРУПНЕННЫХ) показателей, учитывающие вспомогательные процессы.

Численный состав бригады

1. Численный состав бригады (10 чел.) представлен при занятости одной строительной машины (буровой установки или установки для гидропогружения иглофильтров),

2. Численный и профессиональный состав специализированной бригады на выполнении водопонизительных работ составляет 9 - 10 чел. (ТТК), в том числе,

1 Машинист буровой установки: 1 чел.

2. Рабочие

Звено установки иглофильтров: 3 или 4 чел.

Звено размыва скважин: 5 чел.

Вариант работ 2.

Опережающая технология водопонижения

Последовательность работ по варианту - технология погружения ЛИУ до разработки выемки (котлована или траншей):

вертикальная планировка площадки;

погружение игл ЛИУ;

монтаж водосборного коллектора;

технологический перерыв - время на осушение массива грунта;

разработка выемки (возможно применение для котлованов экскаваторов как с прямой, так и с обратной лопатой, так как массив разрабатываемого грунта является осушенным).

Пример. Схемы системы водопонижения (относительно тран- шей), представленные на рис. 4.7, выполнены Е.В. Шиловой, гр. ПГС-09-1.

а

Размещено на http://www.allbest.ru/

б

Рис. 4.7. Система водоотвода ЛИУ относительно траншей: а - поперечный разрез; б - продольный разрез

Расчет

Определяем требуемый уровень понижения грунтовых вод из условия:

где h=hв-hгр=2,5-0,7=1,8 м - расстояние от уровня грунтовых вод до низа котлована;

l- высота капиллярного поднятия вод, м, определяемая по формуле:

l=1/vКф=1/v30=0,18 м



Таким образом:

1,5+0,18+0,5=2,18?S?1.5*1.5=2.25

Принимаем S=2,20 м.

Определяем размеры котлована по контуру иглофильтров:

Вкигл=Вк+0,5+0,5=22,2 м

Lкигл=Lк+0,5+0,5=26,2 м

где Lк, Bк- размеры котлована по верху, м;

0,5м - расстояние от иглофильтра до бровки котлована.

Размеры котлована по контуру всасывающего коллектора:

Вкк =Вкигл+0,5+0,5=23,2 м

Lкк = Lкигл +0,5+0,5=27,2 м

где Lкк, Bкк- размеры котлована по контуру иглофильтров, м;

0,5м - расстояние от иглофильтра до контура всасывающего колектора.

Приведенный радиус водопонизительной установки вычисляется по формуле:

А= v (Вкк*Lкк/р)= 23,2*27,2/3,14=20,10 м

Радиус влияния (депрессии) системы вычисляется по формуле:

R=A+2*S*v(Е*I)=20,10+2*2.20*v(30*8)=89,26 м



Ожидаемый приток воды к системе:

где Y=H-S=7-2.20=4.80 м - напор в расчетной точке

Рис 4.7- Расчетная схема иглофильтровой установки

m=(H+Y)/2=(7+4.80)/2=5.90 м - толщина водоносного слоя при напорной фильтрации;

Qc=(2*р*5.90*30*(7-4.8))/ln(89,26/20,10)=1641,14 м3/час

Qc=1641,14/24=68,38 м3/сут

При общей длине коллектора 2*Bкк+2*Lkk=2*23,2+2*27,2=100,8 м и притоке воды 68,38 м3/час по графику находим, что предельная длина коллектора на один насос составляет 80м. Находим требуемое число установок по формуле:



N=Pk/Lk=100,8/80=1.26 шт

где Pк - общая длина коллектора системы, м;

Lк - предельная длинна коллектора на одну установку, м. Принимаем N=2 шт. Тогда проектируемая длина коллектора на одну установку составит:

N= Pк/ N=100,8/2=50,4 м

Принимаем длину коллектора на одну установку кратно длине звена - 50,4 м, тогда количество звеньев составит:

n=N/5.25=9,6 шт

Принимая количество звеньев n=10 шт., окончательно получим:

lк=5,25*10=53 шт

Qy= Qc /N=1641,14/2=820,57 м3/час (4.40)

Qy= Qc /N= 68,38/2=34,19 м3/сут (4.41)

Так как приток воды к одной установке меньше производительности любого насосного агрегата ЛИУ-6, то каждую установку обслуживает 2 насоса (рабочий и резервный). Для всей системы требуется 4 насосных агрегатов ЛИУ-6 (2 комплекта).

Предельный дебит одного иглофильтра составляет 3,5 м3/час. Определяем число иглофильтров и приток воды к каждому иглофильтру при различном шаге иглофильтров по формулам:



, (4.42)

где n- число иглофильтров в установке, шт;

- шаг иглофильтров кратно 0,75м, м;

q- приток воды к иглофильтру (дебит), м3/час.

Шаг иглофильтров увеличиваем до значения, при котором приток воды не превышает предельно допустимого дебита иглофильтра:

n=53/3=18 q=34,19/16=1,90 м3/сут

n=53/3.75=15 q=34,19/15=2.28 м3/ сут

n=53/4.5=12 q=34,19/12=2,85 м3/сут

Для нашей установки из типовых звеньев можно собрать иглофильтры длиной 5,25м из одного звена 5,25м.

На 1 установку необходимо 10 иглофильтров. На всю систему потребуется 10*2=20 иглофильтров.

Окончательный состав водопонизительного комплекта приведён в табл.4.9.

Таблица 4.9-Состав водопонизительного комплекта

№ п/п	Наименование механизма	Марка	Количество
	Насоссные установки	-	4 шт.
	Всасывающий коллектор(90.6 м)	-	100,8 м
	Иглофильтры	-	10шт.

Размещено на Allbest.ru