Строительные машины и оборудование, справочник






Применение электроосушения при строительстве


Категория:
   Глубинные насосы


Применение электроосушения при строительстве

Проходка участка подземного коллектора в г. Москве. С точки зрения возможности применения электроосушения в подземном строительстве большой интерес представляет работа, выполненная трестом Мосподземстрой по проекту НИИОСП при сооружении участка коллектора для Московского автодорожного института.

В настоящее время сооружение подземных коллекторов в г. Москве осуществляется подземным способом с применением проходческих щитов. Необходимость в применении электроосушения была вызвана сложностью гидрогеологических условий по трассе коллектора и большими в связи с этим трудностями в осуществлении щитовой проходки. Щиты заплывали плывуном и отклонялись вниз или вверх от проектной трассы.

Трасса коллектора проходит в песках древнеаллювиальных отложений. Сверху залегает культурный слой мощностью 0,6—2,5 м. Под ними помещены современные аллювиальные отложения, представленные мелко- и среднезернистыми песками, местами глинистыми, с включением гравия и гальки. Мощность этих отложений не превышает 1,6 ж. Следующим по глубине залегания слоем являются тонкие супеси с редкими включениями щебня, мощность этих отложений 2,5 м. Затем следуют подморенные пески от тонко- до среднезернистых, местами сильно глинистых. Мощность этих отложений колеблется в пределах 2,9—4 м.



Уровень грунтовых вод находится на глубине 2,1 ж от поверхности. При проходке коллектора щит прорежет подморенные водоносные пески на глубине от 5,3 до 6,7 м. Основанием коллектора будут служить эти же пески. Их коэффициент фильтрации 0,95—1,5 м/сутки.

На рис. 143 показан участок проходки коллектора щитом с применением электроосушения. Вдоль трассы коллектора по обеим ее сторонам на расстоянии 1,9—2,2 м от оси коллектора были погружены два ряда иглофильтров на глубину 7,8 м.

Расстояние между иглофильтрами в ряду 1,5 м.

Между рядами иглофильтров на расстоянии 0,6 м от них погружаются два ряда стержней-анодов из труб диаметром 38 мм. В плане по отношению к иглофильтрам стержни-аноды расположены в шахматном порядке. Глубина погружения их и расстояние в ряду то же, что и у иглофильтров. Иглофильтры подключаются к водосборному коллектору диаметром 150 мм посредством резиновых шлангов.

Для обеспечения необходимой эффективности работы иглофильтров была произведена обсыпка их гравийно-песчаной смесью. Состав смеси: крупнозернистый песок (60%) и гравий диаметром до 8 мм (40%).

Рис. 143. Схема электроосушения:
а — участок трассы осушения; б — оборудование скважины: 1 — насос ВНМ-18; 2— агрегат СГП-3-VI; 3 — водосборный коллектор диаметром 6”; 4 — иглофильтры-катоды диаметром 2”; 5 — шахта № 3; 6 — трубы-аноды диаметром Р/г”; 7 — резиновый шланг; 8 — водосборный коллектор диаметром 4”; 9 — щит

Для предотвращения срыва вакуума отверстие вокруг каждого иглофильтра на глубину 1 м от поверхности заполняли глиной и плотно утрамбовывали. Собранный водосборный коллектор перед подключением к нему иглофильтров также проверялся наложением на него вакуума.

Откачку воды осуществляли насосом марки ВНМ-18 с электродвигателем мощностью 8 кет, производительностью 18—20 м3/ч и высотой подъема 6—8 м. Вакуум на насосе достигал 740 мм рт. ст.

Источник постоянного тока поддерживал напряжение 40—50 в при силе тока 320 а.

При проходке коллектора остался неосушенным только лишь нижний слой песка высотой 15—20 см от подошвы коллектора. В забое с различной высоты были отобраны образцы грунта.

Влажность на нижнем участке забоя составляла 24,5%, на среднем— 7,4% и на верхнем — 8,4%.

Участок коллектора длиной 38 м был пройден в течение 20 дней. Аналогичные участки без применения иглофильтров и электроосушения проходили о осложнениями и авариями в течение 54—72 дней.

Если бы коллектор находился на глубине 7—18 м, вместо легких иглофильтров были бы применены иглофильтры эжекторного типа.

При глубине свыше 20 м были бы использованы глубинные насосы.

Способ электроосушения может быть применен при проходке дренажных штреков на карьерах, а также в других случаях.

Применение электроосушения при строительстве фундамента здания. В суглинках с коэффициентом фильтрации 0,01 м/сутки при проходке котлована размером 47×35 м за 40 суток непрерывной работы иглофильтровой установки уровень грунтовых вод в центре котлована был снижен на 2,7 м. Дальнейшее снижение уровня грунтовых вод осуществлялось с применением электроосушения. За трое суток работы электроосушительной установки уровень грунтовых вод был дополнительно снижен на 1,5 ж и достиг заданного уровня. Представилось возможным в сухих условиях производить земляные, бетонные и изоляционные работы.

Характерно, что при выключении электроосушения в течение двух-трех суток уровень грунтовых вод поднимался, устойчивость основания и откосов нарушалась.

Следует заметить, что в грунтах со столь низкой водоотдачей проходка котлована не могла бы стать осуществлена без применения какого-либо из дорогостоящих специальных способов обработки грунта (например, замораживания).

Укладка железобетонного коллектора в тяжелых гидрогеологических условиях. Коллектор, предназначенный для заключения р. Нищенки в трубу на участке длиной около 900 м, представляет собой двухэтажное сооружение из сборных железобетонных элементов. Поперечное сечение коллектора 2,6X4,5 м. Укладывается коллектор на глубине 9 м от земной поверхности. Ширина траншей для коллектора была равна 4,7 м. Трасса коллектора проходит в основной своей части в водонасыщенных, неустойчивых грунтах, легко, переходящих в состояние плывунов.

В процессе разработки траншеи для коллектора встретились серьезные препятствия. Юрские супеси, темно-серые, водонасыщенные, с коэффициентом фильтрации 0,02 м/сутки, залегающие в основании сооружаемого коллектора, исключали возможность осушения с помощью водопонизительных иглофильтровых установок.

Трудности при сооружении коллектора усугублялись тем обстоятельством, что в непосредственной близости от вскрываемой траншеи расположены здания и сооружения, не допускающие даже самых незначительных осадок.

Было решено на отдельных, особо неблагоприятных участках траншеи коллектора применить электроосушение в комплексе с иглофильтрами. Проект электроосушения был составлен Б. С. Федоровым. Им же осуществлялось руководство работами по электроосушению.

Иглофильтры-катоды устанавливали на расстоянии 1,2 м один от другого. Стержнями-анодами служили газовые трубы диаметром 38 мм. Погружение стержней-анодов также осуществлялось гидравлическим способом. Для поддержания устойчивого вакуума вокруг всех иглофильтров был уложен песок.

Опыт показывает, что при осушении водонасыщенных грунтов с большим содержанием илистых пород имеет место быстрое заиливание как песчаной обсыпки, так и иглофильтров. Поэтому иглофильтры не включали в действие до готовности к включению электроосушения. Электроосушение было включено одновременно с водопонизительной иглофильтровой установкой. Наблюдение за уровнем грунтовых вод осуществлялось посредством четырех, предварительно оборудованных гидронаблюдательных скважин.

Производительность установки, оборудованной 100 стержнями-анодами, в начальный период составляла 4,3 м3/ч, через три дня непрерывной откачки дебит снизился до 4 м3/ч и оставался неизменным до конца работ. За время первых трех суток работы установки уровень грунтовых вод снизился на 4,5 м, и затем оставался неизменным.

Крепление стенок траншеи было осуществлено посредством предварительной забивки двутавровых балок № 30—33 с устройством дощатой затяжки стенок по мере ее углубки.

Питание постоянным током производилось от электросварочного агрегата типа САК-2Г.

В результате электроосушения влажность супесей снизилась с 32,8 до 17%, благодаря чему они из текущего состояния превратились в достаточно уплотненный грунт.

Описанный способ вскрытия траншеи большого сечения обеспечил нормальное производство работ по укладке коллектора и полностью исключил вынос грунта из-под основания близрасположенных зданий и сооружений.

Благодаря одновременной работе иглофильтровой и электроосушительной установок, т. е. использованию электрофореза в период всего времени действия иглофильтров, откачиваемая вода была совершенно прозрачной, а после окончания работ иглофильтры во внутренней своей части не имели следов илистых частиц.

Сооружение фундаментов в пойме реки в районе г. Владимира. Площадка вновь строящегося цеха расположена в пойме реки и сложена аллювиальными отложениями четвертичного возраста с отметками поверхности 101,5—101,7 м.

Первоначально было намечено котлованы размером в плане 2,5×2,5 м проходить в оплошных шпунтовых ограждениях до отметки, расположенной на 3 м ниже уровня грунтовых вод, для железобетонных фундаментов под несущие колонны вновь строящегося цеха.

Результаты работ по сооружению первых двух котлованов были крайне неудовлетворительными. Разработка котлованов даже в шпунтовых ограждениях не дала положительных результатов. Грунт под действием грунтовых вод приобрел подвижное — плывунное состояние и был непригоден для разработки его лопатой. В результате пришлось отказаться от применения шпунтовых ограждений.

Чтобы обеспечить ненарушенное основание при закладке фундамента, было решено применить иглофильтровые установки и электроосушение.

Участок, намеченный к осушению указанным способом, имел размеры в плане 21X8,5 м. Основанием фундаментов служили суглинки серые, тонкопесчаные, сильно илистые.

Всего по периметру котлована было установлено 50 иглофильтров и 49 стержней-анодов на глубину 5,5 м. Для стержней-анодов были использованы газовые трубы диаметром 38 мм. Затрубное пространство иглофильтров было заполнено песком фракций 0,5—1,0 мм. Для предотвращения прорывов воздуха при понижении уровня грунтовых вод и нарушения в связи с этим вакуума на участке рабочей части иглофильтра в верхней части всех иглофильтров на глубину до 1 м были устроены глиняные пробки.

В качестве генератора постоянного тока был использован электросварочный агрегат типа САК-2Г.

В первый период (в течение 15 суток) откачку грунтовой воды осуществляли только иглофильтровой установкой, без электроосушения.

Производительность иглофильтровой установки составляла 2,5— 2,8 мъ\ч. Наблюдение за уровнем грунтовых вод производилось в наблюдательной скважине в центре котлована.

На 15-й день работы иглофильтровой установки уровень грунтовых вод в центре котлована понизился на 2,5 м и находился в центре котлована на отм. 98,1 м, у иглофильтров — на отм. 97,78 м.

На 15-й день работы иглофильтровой установки было включено электроосушение. После 12 ч совместной работы иглофильтров и электроосушения производительность установки увеличилась до 3,5 м?\ч, а уровень грунтовых вод понизился в центре котлована еще на 1,1 м.

В течение последующих 12 ч уровень грунтовых вод понизился еще на 0,2 м и стабилизировался на отм. 96,8 м. Таким образом, благодаря электроосушению было достигнуто дополнительное снижение грунтовых вод на 1,3 м, которое позволило осуществить «насухо» все земляные работы на участке и заложить железобетонные фундаменты.

Применение электроосмоса в гидротехническом строительстве. На строительстве Волго-Донского судоходного канала им. В. И. Ленина был применен электроосмос при сооружении в тяжелых гидрогеологических условиях фундамента опоры размером 17×8 м. После 14 дней работы установок ПВУ уровень воды при установившемся режиме работы был понижен на 14 м, не достигнув 0,2 м отметки дна котлована. После включения электроосмотической установки производительность иглофильтров значительно повысилась и через 3,5 ч дно котлована было осушено. При дальнейшей работе установки уровень воды был понижен почти на 2 мь В качестве источника постоянного тока был применен электросварочный аппарат САК напряжением 33 в и мощностью 12 кет.

На Куйбышевгидрострое при заложении фундамента опоры размером 8×18 м илистые грунты были осушены электроосмосом на глубину 1,5 м за 24 ч. Там же, в основании одного из шлюзов, были вскрыты размягченные илистые грунты, в которых обсадная труба диаметром 8” от собственного веса погрузилась на глубину до 2 м. Применение электроосмоса в сочетании с иглофильтровой установкой позволило осушить грунты за несколько суток.

Применение электроосушения в строительстве за рубежом. В Варшаве при сооружении дорожного тоннеля в результате проходки выемки оказалась нарушенной устойчивость откоса, на котором располагалась церковь, представляющая историческую ценность.

Геологический разрез местности представлен в основании разреза плотными глинами с коэффициентом фильтрации 0,144 м\сутки. На глинах залегает значительно увлажненный суглинок, песок и насыпной грунт.

Для предотвращения оползания верхней части откоса с церковью было решено подвергнуть электроосмотическому осушению и электрохимическому закреплению грунт, служащий основанием церкви на участке площадью 0,34 га.

До начала работ по электроосушению для удержания оползающей на глине массы грунта были забиты в глину 42 стальные трубы на глубину 20—25 м. Последующий опыт подтвердил правильность и целесообразность этого мероприятия.

Катодами служили оборудованные водоподъемниками буровые колодцы. В качестве анодов были использованы алюминиевые стержни. Буровые колодцы располагали в зависимости от водонасыщенности грунта на расстоянии от 10 до 40 м. Вокруг каждого бурового колодца дополнительно закладывали на расстоянии 0,5—0,4 м алюминиевые стержни — аноды.

Электрохимический процесс, имевший место при прохождении тока от анодов к катодам, способствует растворению алюминия катодов. Компоненты, получаемые при этом, укрепляют грунт. В результате-применения электроосушения и электрохимического укрепления грунта угол сдвига песка изменился с 28 до 34°, а моренного суглинка —с 18 до 20°.

Общее количество удаленной с участка воды составило 16,5 ж3 На все работы было израсходовано 3000 квт-ч электроэнергии при напряжении 50—80 в. Общая продолжительность работ составила семь недель.

Электроосушение было также применено при сооружении фундаментов зданий вновь строящейся электростанции, расположенных на: расстоянии 12 м от реки. Уровень воды в реке всего на 0,9—1,2 м ниже поверхности строительной площадки.

Производство работ по вскрытию глубоких котлованов для вновь сооружаемых фундаментов существенно осложнялось наличием на площадке ранее построенных зданий и сооружений.

Геологический разрез представлен (сверху вниз): водоносными песками, супесями, заиленными песками и торфом, залегающими на глинах.

Котлованы решено было вскрывать под защитой шпунтовых ограждений. Однако при заглублении котлована в пылеватые илистые грунты (на глубине 6,4 м) шпунтовые стенки сдвинуло и они начали перемещаться. Работы по вскрытию котлованов были приостановлены. Возникла также угроза фундаментам находящихся вблизи зданий и сооружений.

Дальнейшие работы было решено проводить под прикрытием электроосушения. По периметру вскрываемых котлованов с интервалом 6 м оборудовали трубчатые колодцы, используемые в качестве катодов. Между трубчатыми колодцами, на равном расстоянии между ними,, также с интервалом 6 м устанавливали трубчатые аноды.

Электроосушительные работы проводили при напряжении постоянного тока 80 в.

В результате электроосушения через 3—4 дня водонасыщенный пылеватый грунт начал уплотняться, превращаясь в плотный суглинок. Работы по вскрытию котлованов и сооружению фундаментов были закончены без каких-либо осложнений.

В районе г. Зальцгиттера (ФРГ) при устройстве в лёссовых суглинках железнодорожной выемки глубиной 7 м для осушения грунтов, до степени, позволяющей их разрабатывать экскаватором, было применено электроосушение.

Высокий уровень грунтовых вод исключал возможность экскавации грунта. При глубине выемки 2 м вследствие разжижения грунта экскаватор давал крен и погружался в грунт.

На рис. 144 схематично изображено расположение катодов и анодов при электроосушении грунта на участке выемки. В качестве катодов были использованы трубчатые колодцы глубиной 7,5 м и диаметром 100 мм. Для анодов были использованы газовые трубы диаметром 38 мм, заложенные в грунт на 7 м. Катоды и аноды располагали в один ряд через 5 м.

В период экскавации грунта напряжение постоянного тока было равно 180 в. По достижении дна выемки в период работ по бетонированию выемки и укладки железнодорожных путей напряжение было уменьшено до 90 в.

Рис. 144. Схема расположения электродов в котловане железнодорожной выемки в г. Зальцгиттере

В результате электроосушения существенно повысилась устойчивость разрабатываемого грунта. Откосы, которые до применения электроосушения были неустойчивы при заложении 1 : 3, под воздействием электроосушения были устойчивы при заложении 1 :0,75. Выемку грунта производили участками длиной по 100 м.

Производительность установки до наложения тока составляла 0,02 м3/сутки, а после включения тока увеличилась до 3 м3/сутки, т. е. возросла в 150 раз. Расход электроэнергии составлял 27 квт-ч на 1 м3 грунта.

В 1965—1966 гг. при строительстве земляной плотины на реке Ма-хонинг (штат Огайо, США) электроосмос в больших масштабах был применен для стабилизации грунта основания.

Общая длина плотины 2743 м, высота 24 м. Когда русловая часть плотины длиной 304 м была почти полностью закончена, сооружение начало претерпевать значительные смещения, обнаруженные по сдвигу в соединениях труб водоспуска.

Исследованиями было отмечено, что глины, заложенные в основании плотины, показали высокое поровое давление с малой тенденцией к убыли. На плотине был зарегистрирован момент, когда ее глиняное основание было близко к сдвигу. Русловая часть плотины на длине 304 м просела на 0,61 м; в плотине, параллельно ее оси, образовались трещины длиной до 214 м.

Необходимо было снизить поровое давление путем отвода из глин излишков воды. Это решили осуществить с помощью электроосмоса.

Работы проводили в следующем порядке: сначала на глубину 30— 43 м (рис. 145) закладывали скважины для катодов с обсадкой трубами диаметром 356 мм, которые проходили через насыпь в ее основание. Затем в каждую скважину на полную ее глубину опускали катод (стальную трубу диаметром 50 мм) и эжектор для откачки воды с наружной трубой диаметром 50 мм. Ниже насадки до дна скважины помещали трубу диаметром 38 мм с тремя пластмассовыми фильтрами длиной по 0,91 щщ — в ее верхней части, у дна и посредине. Затем обсадную трубу извлекали из грунта, заполняя ее песком, катод и эжектор оказывались в песчаной колонне.

В 6,1 м от катодов на такую же глубину погружали аноды из массивных стальных труб; в зоне водоспуска использовали старые железнодорожные рельсы. Электроды закладывали рядами, образующими правильные прямоугольники: один прямоугольник был сделан на верху насыпи, по одному прямоугольнику было заложено с наружной стороны каждой бермы. Из 1000 электродов около 700 были анодами, так как на некоторых участках, в зависимости от характера грунта, на одну катодную скважину приходилось несколько анодов.

Для уменьшения действия порового давления электроды устанавливали не последовательно, а рассредоточение по всей длине насыпи. После окончания монтажа каждую пару электродов включали в сеть с напряжением 100—150 в и приводили в действие эжекторы. Общая мощность 12 дизель-генераторов постоянного тока составляла 2600 кет.

Работы по стабилизации основания продолжались около семи месяцев, после чего возобновили отсыпку плотины, не прекращая работы электроосмоса.

Читать далее:

Категория: - Глубинные насосы

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины