Виды систем временного водопонижения (СВП), плюсы и минусы. Какую систему выбрать?

В этой статье рассмотрим все виды и методы водопонижения, массово применяемые в строительстве. Если не хотите читать статью целиком, в конце краткий алгоритм, какую выбрать систему. Если хотите понимать не только какую, но и почему, то желаю приятного чтения.

В статье рассмотрим следующие виды:

• Открытый водотлив (ОВ).
• Иглофильтры (ИФ).
• Скважины (СК).

Это наиболее популярные методы. Экзотические (типа замораживания, пневматического водопонижения, электроосмоса) рассматривать не будем – в общей строительной практике они применяются редко, и как правило в уникальных проектах при сложных гидрогеологических условиях.

Открытий водоотлив

На первый взгляд – самый простой и экономичный метод. И в общем случае это действительно так, но на практике всё может оказаться совсем иначе.

Открытый водоотлив устраивают следующим образом:
По периметру котлована копаются траншеи с уклоном к зумпфам (неглубокие колодцы для сбора воды), из зумпфов вода откачивается насосом. Это могут быть небольшие грязевые насосы, которые погружаются в сам колодец, или более мощные мотопомпы, которые могут через обвязку подключаться к нескольким зумпфам сразу.

Очень простое и недорогое решение, но… Да, "но" тут достаточно много, иначе все остальные методы не существовали бы.

Данный метод применим при небольшом водопритоке и при условии, что прибывающая вода не размывает стенки котлована, иначе все траншеи и зумпфы просто завалит грунтом. В таком случае устанавливают дощатые подпорные стенки, перфорированные колодцы или шпунтовое ограждение – а это уже дополнительные затраты. Но решающий фактор, который исключает возможность использования открытого водоотлива – это суффозия.

Суффозия — процесс механического выноса мелких частиц из грунтов фильтрационным потоком подземных вод. При возникновении суффозии через щели в деревянном/шпунтовом ограждении в котлован вместе с водой постоянно будут попадать частицы грунта. Взвесь частиц может также оседать в колодцах и забивать насос, но это как раз не самое страшное. Может быть так, что частицы будут достаточно мелкими, и взвесь вместе с водой будет откачиваться из котлована – и это самое опасное. При вымывании частиц в грунте вокруг котлована будут образовываться полости на месте вымытого грунта. Расстояние, на котором могут образовываться эти полости, и их размер могут быть значительными: при обрушении туда может упасть техника, люди. Если рядом есть существующие здания, это может привести к их внезапному разрушению.

Открытый водоотлив, ПЛЮСЫ:

• Экономичный при подходящих грунтовых условиях.
• Простота монтажа (без учета монтажа ограждений котлована).

Открытый водоотлив, МИНУСЫ:

• Сильное ограничение по грунтовым условиям.
• Только при небольшом водопритоке.
• Высокая вероятность возникновения суффозии.
• При необходимости устройства ограждения может стать экономически нецелесообразным.

Иглофильтры (ИФ)

СВП ИФ устаивают следующим образом:

СВП ИФ устраивают следующим образом:
По периметру котлована монтируются иглофильтры (см. способы монтажа ИФ ), которые через обвязку подключаются к вакуумному насосу. Насос создаёт разрежение в системе, и вода из грунта начинает принудительно "отжиматься" в иглофильтры и откачиваться насосом.

Подробно принцип работы СВП с иглофильтрами описан в статье " Принцип работы системы водопонижения иглофильтрами".

Никаких траншей и ограждений, и что еще важнее: суффозия при таком способе крайне мала или отсутствует вовсе.

ИФ могут оказаться намного экономичнее ОВ, если учитывать, что при работе иглофильтров у котлована можно делать естественные откосы. При шпунтовом ограждении СВП ИФ используют так же достаточно часто в тех случаях, когда возникает суффозия при ОВ.

Кроме того, производительность СВП ИФ намного выше и может дополнительно увеличиваться за счёт роста количества ИФ и насосов.

Есть и ограничения у этой системы.
Так как работа происходит за счёт вакуума, и вспомнив из курса физики, что нормальное атмосферное давление составляет 10 м водного столба, станет понятно, что теоретически, если насос стоит на отметке 0 м, то вакуум будет создаваться только до отметки -10 м. Ниже этой отметки создать отрицательное давление невозможно, и система работать не будет! На это действительно стоит обратить внимание, потому что примерно в одном из трёх проектов, которые нам присылают на расчёт, указаны иглофильтры длиной более 10 м… На практике из-за потерь на сопротивление коллекторной обвязки, потерь на насосе и прочего это значение ещё меньше. Оптимальная глубина для водопонижения — до 6 метров, максимальная – 8 метров — производительность системы сильно упадёт, но при небольшом водопритоке или за счёт увеличения количества станций система будет работоспособна.

СВП ИФ также имеет ограничения по инженерно-геологическим условиям: для работы системы необходимо, чтобы коэффициент фильтрации грунта составлял более 1 м/сутки.

Ниже приведена таблица коэффициентов фильтрации для разных грунтов:

Как видно из таблицы, в глинах, суглинках и плотных супесях СВП ИФ работать не будет. На практике у нас бывают объекты, где удаётся произвести водопонижение в суглинках, но это скорее исключение.

Кроме указанных грунтов СВП ИФ отлично работает с торфяными грунтами.

Иглофильтры, ПЛЮСЫ:

• Высокая производительность.
• Простота монтажа.
• Минимальная суффозия.

Иглофильтры, МИНУСЫ:

• Глубина водопонижения ограничена 8 метрами, при большей глубине необходимо устраивать ярусы (каскады).
• Не работает в глинах, суглинках, плотных супесях.

Скважины

СВП СК устраивают следующим образом:
По периметру котлована бурятся скважины, в которые устанавливаются обсадные трубы с фильтрами (обсадные трубы от ИФ принципиально отличаются только диаметром. У ИФ диаметр 40-60 мм, у обсадных труб 150-300 мм). После установки трубы обсыпаются крупным песком. В каждую такую скважину опускают глубинный насос. Вода естественным образом через фильтр набирается внутрь скважины и откачивается глубинным насосом.

Из описания видно, что в отличие от ИФ, у СВП СК нет ограничения по глубине водопонижения. Глубинные насосы могут создавать напор более 100 м. Для строительной практики редко требуется глубина более 30 м.

За счёт того что вода поступает в скважину за счёт естественной фильтрации, производительность скважин также напрямую зависит от коэффициента фильтрации грунта. Однако, в отличие от иглофильтров, скважины способны работать в грунтах с очень низкой водопроницаемостью (менее 1 м/сутки), таких как глины, суглинки и плотные супеси, где вакуумные системы неэффективны.

Ключевая особенность: система скважин работает по принципу осушения (дренирования), а не принудительного вакуумного отбора воды. Каждая скважина действует как локальный водосборник. Водоприток в них происходит медленнее, и общая производительность системы понижения уровня грунтовых вод ниже, чем у иглофильтров в одинаково водонасыщенных песках. Следовательно, для достижения того же эффекта в песчаных грунтах потребуется большее количество скважин.

Скважины, ПЛЮСЫ:

• Нет ограничения по глубине водопонижения.
• Минимальная суффозия.
• Возможность применения в грунтах с низким коэффициентом фильтрации (глины, суглинки, супеси).

Скважины, МИНУСЫ:

• Высокая стоимость и сложность монтажа (бурение, установка обсадных труб и насосов).
• Относительно низкая производительность системы в песчаных грунтах.
• Необходимость индивидуального обслуживания каждого глубинного насоса

Какую систему водопонижения выбрать

Начинаем с открытого водоотлива, как с самого экономичного, если:

При откопке котлована прибывающая вода не размывает его стенки, они не обрушаются и не оползают. Можно работать в котловане с естественными откосами, или затраты на ограждение минимальны, или ограждение предусмотрено проектом независимо от способа водопонижения.

Прибывающая вода не вымывает в котлован значительное количество грунта.

Насос, откачивающий воду, откачивает ТОЛЬКО воду! Без частиц грунта – поставьте песколовушку на сбросе – и станет видно, качает насос чистую воду или нет.

Если что-то из этого не соблюдается, переходим к иглофильтрам. Их устройство и эксплуатация, как правило, обходится дешевле скважин.

Скважины используем в том случае, когда:

• глубина водопонижения более 8 метров и нет возможности работать ярусами;
• грунты представлены глинами, суглинками, плотными супесями, при этом водоприток небольшой.