Jaké metody se používají ke snížení hladiny podzemní vody pod dno budoucího výkopu?

Při výstavbě výkopů umístěných pod hladinou podzemní vody je nutné odvodnit vodou nasycenou zeminu a zajistit její rozvoj za normálních podmínek. Kromě toho je nutné po dobu prací v nich zabránit vnikání podzemních vod do jam, příkopů a výkopů.

Účinnou technologickou metodou řešení takových problémů je čerpání podzemní vody. Jámy a příkopy s malým přítokem podzemní vody jsou vytvářeny pomocí otevřené drenáže, a pokud je přítok vody významný a tloušťka vodou nasycené vrstvy, která má být vyvinuta, je velká, pak před zahájením prací je hladina podzemní vody uměle spouštěné pomocí různých metod uzavřeného odvodnění, nazývaného odvodnění.

Otevřená drenáž slouží k čerpání tekoucí vody přímo z jímek nebo výkopů pomocí čerpadel. Při otevřené drenáži podzemní voda prosakuje svahy a dnem jámy a je směřována přes vykopané odvodňovací příkopy nebo podnosy do speciálně vybudovaných jímek ve spodní části jámy, tzv. jímkya odkud je voda odčerpávána membránovými nebo odstředivými čerpadly vhodného výkonu. Čerpadla se volí v závislosti na průtoku (přítoku) vody a samotný průtok se vypočítává pomocí vzorců pro ustálený pohyb podzemní vody.

Odvodňovací příkopy jsou uspořádány se spodní šířkou 0,3. 0,6 m a hloubce 1 m se sklonem 2. 0,01 m směrem k jámám. Vlastní jámy ve stabilních zeminách jsou zajištěny formou dřevěného rámu bez dna a v sesuvných zeminách jsou zajištěny i štětovnicovou stěnou.

Otevřená drenáž je jednoduchý a cenově dostupný způsob boje proti podzemní vodě, má však vážnou technologickou nevýhodu. Stoupající proudy podzemní vody protékající stěnami a dnem jam a příkopů zkapalňují půdu a vynášejí z ní drobné částice na povrch. V důsledku takového vyluhování má tato metoda řadu významných nevýhod:

— přirozená pevnost základny výkopu je snížena v důsledku její eroze tekoucí vodou;

— přítomnost vody na dně výkopu ztěžuje rozvoj půdy;

— je nutné upevnění stěn výklenků, protože pohyb vody do jímek také způsobuje pohyb liber;

— přítok vody do odvodňovacího příkopu může způsobit oslabení základů budov a staveb umístěných vedle budovaného zařízení.

V případech, kdy se drenáž ukáže jako nepraktická, se používá umělé snížení hladiny podzemní vody (odběr vody).

Odvodňovánízajišťuje pokles hladiny podzemní vody (GWL) pod dnem budoucího výkopu. Snižování hladiny podzemní vody spočívá v čerpání podzemní vody hlubinnými čerpadly z důlních vrtů (obr. 5.2) nebo vrtání vrtů snižujících vodu umístěných v těsné blízkosti budoucí jámy nebo příkopu. Současně se prudce snižuje hladina podzemní vody, dříve vodou nasycená půda je nyní dehydratovaná a vyvíjí se jako půda přirozené vlhkosti. Když je voda snížena, je možné zachovat integritu svahů výkopů a zabránit odstraňování částic zeminy zpod základů blízkých budov.

Pro umělou redukci vody bylo vyvinuto několik dalších účinných metod, z nichž hlavní jsou wellpoint, vakuum a elektroosmotické

Wellpoint metoda umělé snižování hladiny podzemní vody je založeno na použití jednotek wellpoint, skládajících se z ocelových trubek s filtrační jednotkou ve spodní části (wellpoint), drenážního kolektoru na povrchu země a samonasávacího vírového čerpadla s elektromotorem . Ocelové trubky jsou ponořeny do podmáčené půdy po obvodu jámy nebo podél příkopu.

Wellpoint filtr se skládá ze dvou částí: filtrační jednotky a nadfiltrační trubky (wellpoint průměr 40 mm). Filtrační jednotka se zase skládá z vnitřní slepé trubky a vnější děrované trubky. Tato trubka je z vnější strany obalena drátem a vyztužena filtrací a ochrannou síťkou; Ve spodní části je trubka zakončena frézovacím hrotem, uvnitř kterého jsou kulové a kroužkové ventily.

Pro spouštění vrtu do pracovní polohy v obtížných půdách se používají vrtné studny, do kterých se vrty spouštějí (v hloubkách až 6 m). V písčitých a hlinitopísčitých půdách se jamky zapouštějí hydraulicky (obr. 9, b), promytím zeminy pod frézovacím hrotem vodou o tlaku do 5.4 MPa. Voda, která vstoupí do horní části špičky, spustí kulový ventil, pod tlakem vstoupí do spodní části špičky a eroduje okolní půdu, a to i po obvodu trubky. Vlivem vlastní hmoty je wellpoint zanořen do země, prstencový ventil uzavírá prostor mezi vnější a vnitřní trubkou při ponoření trubky. Po ponoření vrtu do pracovní hloubky se dutý prostor kolem trubky částečně vyplní sesedající zeminou a částečně se vyplní hrubým pískem nebo štěrkem.

Když je celý systém přepnut do režimu čerpání vody, kulové ventily studní se vlivem plížení a pod vlivem podtlaku zvednou nahoru a uzavřou otvor, současně se sníží prstencový ventil, čímž se otevírá cesta pro podzemní vodu přes buňky sítě do prostoru mezi trubkami a dále do vnitřní trubky.

Studny umožňují snížit hladinu podzemní vody u jednovrstvého uspořádání o 4 m, u dvoupatrového o 5 m. Studny jsou umístěny ve vzdálenosti 7 m od okraje jímky nebo příkopu. Úzké příkopy s hloubkou do 9 m a šířkou do 0,5 m jsou odvodňovány jednou řadou studní, s většími šířkami a hloubkami – dvěma řadami.

Vzdálenost v řadě mezi body vrtů se určuje v závislosti na vlastnostech půdy a hloubce hladiny podzemní vody. U středně zrnitých zemin s filtračním koeficientem 2 m/den se vzdálenost odebírá v rozmezí 60-1 m, u vysoce filtračních hrubých písčitých a písčitých štěrkopísků se vzdálenost snižuje na 1,5 m.

Instalace wellpoint se skládá ze série wellpointů ponořených do země podél obvodu budoucí jámy, na jedné nebo obou stranách příkopu. Na povrchu země jsou studny spojeny s čerpací jednotkou drenážním kolektorem. Když čerpadla pracují v režimu čerpání vody, v důsledku drenážních vlastností půdy klesá hladina vody v místě vrtu a okolních půdních vrstvách, což vede k vytvoření nové hladiny podzemní vody, tzv. křivka deprese.

Vakuová metoda Redukce vody je založena na použití ejektorových redukčních jednotek vody. Tato zařízení se používají ke snížení hladiny podzemní vody v jemnozrnných půdách (jemnozrnné a bahnité písky, písčité hlíny, hlinité a sprašové půdy s filtračním koeficientem 0,02 m/den), ve kterých je použití zařízení light wellpoint je nepraktické. Při provozu vakuových zařízení snižujících vodu vzniká vakuum v oblasti ejektoru.

Instalace vyhazovače použitelné pro snížení hladiny podzemní vody v jedné vrstvě do hloubky 15 m; optimální podmínky pro provoz ejektoru jsou 20 m. Filtrační jednotka ejektoru je navržena na principu light wellpoint a nadfiltrační jednotka se skládá z vnějšího a vnitřního potrubí s ejektorovou tryskou. Sloup nadfiltračních trubek je zanořen do země stejně jako u wellpointu, hydraulicky, zemina je odplavována a trubka je spouštěna působením gravitace. Když sloup klesne na požadovanou úroveň, spustí se do něj vnitřní potrubí s ejektorem.

Během pracovní doby je do trysky ejektoru přiváděna pracovní voda z povrchu pod tlakem 0,75. 0,8 MPa v prstencovém prostoru mezi vnitřním a vnějším potrubím. Proud této vody vycházející z ejektorové trysky vytváří podtlak v okolním prstencovém prostoru a nasává vodu z hlavního pracovního potrubí. V důsledku prudké změny rychlosti pohybu pracovní vody vzniká v trysce podtlak a tím je zajištěno nasávání podzemní vody. Podzemní voda, smíchaná s pracovní vodou, proudí potrubím nahoru pomocí sacího čerpadla do cirkulační nádrže. Voda odčerpaná ze země je odváděna z drenážní nádrže gravitačním potrubím mimo jámu nebo staveniště.

Fenomén elektroosmóza používá se k rozšíření rozsahu použití instalací wellpointů v půdách s filtračním koeficientem menším než 0,05 m/den. V tomto případě spolu s body studny do země ve vzdálenosti 0,5. 1 m od bodů vrtů na straně jámy se ocelové trubky nebo tyče ponoří do hloubky shodné s ponořením bodů vrtů. Wellpointy jsou připojeny k zápornému pólu (katodě) a trubky nebo tyče jsou připojeny ke kladnému pólu zdroje stejnosměrného proudu (anoda) (obr. 5.5, Obr. b).

Elektrody jsou umístěny vzájemně vůči sobě v šachovnicovém vzoru. Předpokládá se, že rozteč nebo vzdálenost anod a katod v jejich řadě je stejná v rozmezí 0,75. 1,5 m. Jako zdroj energie se používají svařovací stroje nebo mobilní měniče elektrického proudu. Výkon generátoru stejnosměrného proudu se stanoví z požadované intenzity proudu 0,5,-1 A na 1 m 2 plochy elektroosmotické clony při napětí obvodu 30 V. Vlivem el. voda obsažená v pórech půdy se uvolňuje a pohybuje se směrem k filtrům wellpoint. Díky elektroosmóze se koeficient filtrace půdy zvyšuje 60krát.

Použití každého z popsaných způsobů snížení hladiny podzemní vody závisí na mocnosti zvodnělé vrstvy, koeficientu filtrace půdy, parametrech zemní konstrukce a staveniště. Rozhodnutí o volbě metody musí být zdůvodněno i z hlediska ochrany životního prostředí a environmentální bezpečnosti budovaného zařízení.

Použití zařízení pro umělé snižování vody vyvolává potřebu řešit problémy životního prostředí. V prvé řadě je to nutnost používat technologie šetrné k životnímu prostředí, které by zamezily kontaminaci podzemních vod a vstupu škodlivých nečistot do nich.

Často dochází při intenzivním čerpání podzemních vod v prostoru stavby k narušení hydrogeologických poměrů a vztahu podzemních vod s povrchovými, což může mít za následek narušení stávajících vodovodních systémů, odvodňování pramenů apod. Dlouhodobé čerpání podzemních vod je nebezpečné zejména v zastavěné městské oblasti, protože mohou způsobit sedání zemského povrchu, deformace budov a staveb a posun os inženýrských sítí. Proto by měl být výběr metod ochrany zemních konstrukcí před účinky podzemních vod doprovázen analýzou a vývojem vhodných opatření na ochranu životního prostředí.