Проектирование строительного водопонижения

Водопонижение играет ключевую роль в обеспечении устойчивости и безопасности на территории проведения строительных работ, особенно в условиях высокого уровня грунтовых вод. В процессе возведения заглубленных сооружений — таких, как фундаменты, подземные автостоянки жилых комплексов, тоннели, метрополитены и наружные инженерные коммуникации — необходимо создать сухие и устойчивые условия для производства земляных и бетонных работ.

Системы строительного водопонижения позволяют снизить уровень грунтовых вод до требуемой отметки, повысить несущую способность грунтов и предотвратить негативное воздействие воды на конструкции сооружений.

Проектирование системы строительного водопонижения требует глубокого понимания гидрогеологических условий местности, свойств грунтов, типа и мощности водоносных горизонтов, а также подбираются наиболее эффективные технологии осушения.

На практике применяются различные методы — от иглофильтрового вакуумного до гравитационного скважинного. Каждый из них имеет свои особенности, преимущества и ограничения.

Рассмотрим основные принципы проектирования систем водопонижения, выбора оборудования и технологий в соответствии с ГОСТ, чертежи, содержание пояснительной записки, календарного плана, заключения экспертизы, основные расценки водопонижающих методов, а также инженерные решения, обеспечивающие надежность и эффективность выполнения работ для заказчика.

Ключевые аспекты проектирования строительного водопонижения

1. Анализ гидрогеологических условий участка строительства
2. Выбор методов применения водопонижения: иглофильтры, скважины или открытый водоотлив?
3. Расчёт параметров выбранной системы понижения грунтовых вод
4. Особенности проектирования в сложных грунтах и неоднородных водоносных системах
5. Подбор водопонизительных средств, определение их количества и расстановка
6. Мониторинг динамики понижения и влияния водопонижения на окружающую застройку
7. Технико-экономическое обоснование принятых проектных решений и сметный расчет стоимости
8. Проектирование ПОС, для согласования с МГСН

Анализ гидрогеологических условий участка будущего строительства

До начала проектирования водопонижения, важно разобраться с тем, что представляет собой строительная площадка с точки зрения геологического строения и подземных вод. От этого зависит выбор технологии осушения и эффективность всей системы.

На основе отчета об инженерно-геологических изысканиях участка в первую очередь изучаем:

• Уровень грунтовых вод (УГВ) — на какой глубине находится вода;
• Структуру грунтов — песок, супесь, суглинок, глина, известняк и пр.;
• Коэффициент фильтрации — насколько легко вода проходит через грунт;
• Мощность водоносного слоя — сколько воды требуется откачивать;
• Уровень напора — есть ли давление, которое может вызвать подъем воды;
• Близость рек, озёр или других источников питания грунтовых вод.

Эти данные должны помочь понять эксперту, с чем сотрудники будут работать. Например, в песках вода уходит легко. А вот из суглинков или супесей вода плохо извлекается, и тут уже нужен вакуум, качественная обсыпка мытым песком и другие важные нюансы.

Помимо информации на основе инженерно-геологических изысканий. Часто используются наблюдательные скважины, лабораторные анализы грунтов и результаты опытных откачек воды.

Кроме того, важно учитывать сезонные колебания уровня воды. Зимой вода может опускаться, а весной подниматься. Проектировать систему нужно так, чтобы она справлялась с пиковой нагрузкой. Поэтому для расчетов принимается максимальный сезонный уровень грунтовых вод.

Если пренебречь анализом геологии, можно выбрать неправильный метод водопонижения. Это приведёт к дополнительным затратам, задержкам или даже авариям в районе строительства — например, выпору дна котлована, прорыву напорного горизонта и прочим неприятностям.

Выбор метода водопонижения: иглофильтры, скважины или открытый водоотлив?

После того как собраны данные и доказательства о геологическом строении участка, определен уровень грунтовых вод, наступает важный процесс — выбор способа осушения грунтов. В широкой практике разрабатывается три основные технологии в область искусственного понижения уровня грунтовых вод: с использованием легких иглофильтров, бурение глубинных скважин для водопонижения и не сложный бюджетный способ, обычно не требующий привлечения специализированной организации подрядчика — открытый водоотлив. Каждый из них подходит для определённых условий и имеет свои достоинства и недостатки.

Водопонижение иглофильтрами

Это один из самых распространённых способов осушения грунтов строительных котлованов и траншей. Используется система фильтров небольшого диаметра с надфильтровыми трубами, соединенными с всасывающим вакуумным коллектором, которые погружаются в грунт по периметру на глубину ниже проектного уровня отметки дна котлована. Через них откачивается вода с помощью вакуумной насосной станции.

Иглофильтровый способ понижения отлично работает:

• В песчаных и супесчаных грунтах, при правильной обсыпке в каверну размыва;
• На глубинах до 5–7 метров;

Преимуществами иглофильтрового способа являются:

• Возможность оперативного монтажа и запуска в работу;
• Высокая скорость достижения результата работ за счет интенсифицирования движения воды в грунте к водоприемникам;
• Вакуум повышает эффективности осушения в слабопроницаемых грунтах.

Гравитационный скважинный метод

Подходит для более глубоких котлованов. Вокруг котлована бурятся скважины, в идеале методом обратной промывки водой, в которые устанавливаются фильтровые колонны и погружные насосы типа ЭЦВ (или аналог).

Этот метод хорошо применяют, если:

• Глубина котлована превышает 6–8 м;
• Коэффициент фильтрации грунтов выше 2,0 м/сут.
• Требуется снижение напорных вод в нижележащих слоях

Основные плюсы:

• Возможность работы в сложных гидрогеологических условиях;
• Долговременная стабильность пониженного уровня воды.
• Возможность размещения водопонизительных средств за границами строительства; обычно скважины не мешают выполнять работы по возведению конструкций;

Открытый водоотлив

Самый простой способ — откачка воды из приямков зумпфов обсыпанных щебнем или дренаж. Его разрабатывают как временное решение или вспомогательный метод при условии требуемого понижения уровня не более, чем на 1,0-1,5 метра.

Применяется:

• Для добора остаточных грунтовых вод и сбора атмосферных осадков;
• В маловлажных грунтах;
• Когда уровень грунтовых вод находится неглубоко.

Минусы способа:

• Вызывает размыв грунта;
• Возможное обрушение стенок траншеи;
• Высокая энерго- и трудоемкость. Требует постоянного обслуживания и большого количества насосов.
• Частое техническое обслуживание оборудования и зумпфов.

Часто задают вопросы, какой же метод выбрать?

В большинстве случаев используют комбинированный подход: иглофильтры или скважины работают постоянно, а открытый водоотлив — как дополнение.

Правильный выбор технологии позволяет не только сэкономить время и уменьшить сметы, но и избежать аварий — таких как выпор дна в сложных породах, обрушение стенок и откосов котлована или просадка соседних зданий.

Расчёт параметров выбранной системы понижения грунтовых вод

После выбора метода водопонижения требуется произвести — расчёт параметров системы водопонижения. От точности этого этапа зависит, насколько эффективно будет выполнена работа и сможет ли система обеспечить сухие условия для производства строительных работ.

Необходимы параметры, которые требуется рассчитать:

• Количество водопонизительных средств (установок, насосов, иглофильтров или скважин);
• Расстояние между элементами системы, шаг иглофильтров или скважин;
• Дебит системы (объём откачиваемой воды) м3 в час и сутки;
• Плановый срок распространения депрессионной кривой и достижения проектного уровня снижения грунтовых вод, соответствующего техзаданию;
• Производительность необходимого насосного оборудования.

Что влияет на правильность расчётов?

Главное — это верные/точные исходные данные:

• Тип грунта и его коэффициент фильтрации;
• Глубина котлована и уровень грунтовых вод;
• Мощность водоносного горизонта;
• Наличие напора в воде;
• Общая площадь осушаемого участка.

Как считают дебит системы водопонижения?

Дебит — это объём воды, который нужно откачать за единицу времени. Он зависит от размеров котлована, глубины понижения и свойств грунта. Чем выше уровень воды и больше площадь, тем больше требуется производительность насосов.

Примерный дебит можно c помощью программы или оценить по формуле:

Q = k × A × i

• k — коэффициент фильтрации грунта (м/сутки);
• A — площадь влияния одного иглофильтра или скважины;
• i — гидравлический уклон (разница уровней воды).

Этот показатель помогает подобрать насосы нужной производительности и трубопроводы подходящего диаметра.

Шаг установки и количество элементов

Иглофильтры или скважины нельзя ставить слишком редко — вода не будет успевать отводиться. Но и слишком часто их размещать тоже невыгодно.

Число иглофильтров или скважин рассчитывается исходя из периметра котлована и принятого шага.

При проектировании водопонижения установками типа УВВ допустимо руководствоваться данными таблицы 66 Пособия по проектированию защиты горных выработок от подземных и поверхностных вод и водопонижения при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений (к СНиП 2.06.14-85 и СНиП 2.02.01-83). Лучше всего эту задачу доверить специализированной организации, которая имеет статус СРО и возможность осуществлять авторский надзор.

Время работы системы до начала земляных работ

Важно знать, через какое время после запуска системы водопонижения уровень воды понизится до требуемой отметки. Для этого используются расчётные формулы, основанные на коэффициенте фильтрации грунта и начальном уровне воды. С нашего сайта можно скачать презентацию, в которой будут представлены все необходимы формулы.

Что входит в выбор оборудования

На основе произведенных расчетов производится подбор необходимого оборудования:

• Тип насосов (погружные, поверхностные, вакуум-насосы);
• Производительность насосов;
• Длина и диаметр используемых трубопроводов;
• и прочее…

Правильный расчёт параметров системы строительного водопонижения позволяет заранее определить, сколько потребуется использовать ресурсов для достижения нужного результата: количество техники, времени и денег. Правильно определить необходимый бюджет на мероприятия по осушению грунтов.

Особенности проектирования водоотведения в сложных грунтах и неоднородных водоносных системах

Проектирование в сложных грунтах и неоднородных водоносных системах требует особого подхода. Обычные методы могут не сработать, а неправильный расчёт — привести к аварии: выпору дна, обрушению стенок или просадке соседних зданий.

Неоднородные водоносные системы

Часто при проектировании схемы разреза строительной площадки встречаются слои разных грунтов: техногенный грунт, песок, ниже — супесь, ещё глубже — суглинок, вновь песок или глина. Такие разрезы называют неоднородными. Они усложняют расчёт и требуют точного понимания поведения воды в каждом слое.

• Песчаные слои быстро отдают воду;
• Супеси и суглинки замедляют фильтрацию;
• Глины могут служить экраном, который блокирует движение воды.

В таких условиях часто используют комбинированные решения для системы водопонижения: иглофильтры для верхних слоёв + скважины для нижних.

Выбор метода — дело инженера

Решающими факторами при выборе технологии остаются:

• Тип грунта и его фильтрационная способность;
• Мощность водоносного горизонта;
• Уровень и напор грунтовых вод;
• Глубина котлована;
• Срок строительства.

Риски экономии на проектировании или отказ от рабочей документации

Неправильно спроектированная система может привести к:

• Выпору дна котлована;
• Обрушению стенок;
• Просадкам оснований рядом стоящих зданий.
• Срыву сроков строительства и как следствие дополнительным расходами и нервам;

Как избежать ошибок в проектировании водопонижения?

Экономия на проектировании систем водопонижения может привести к серьёзным последствиям, включая аварии, задержки и дополнительные затраты. Для этого необходимо использовать качественное оборудование, к которому прилагаются все необходимые сертификаты, но Почему это возможно?

Неправильный выбор метода водопонижения специалистами без необходимого опыта

Можно выбрать неэффективную технологию:

• Иглофильтры в суглинках — не работают без правильно подобранной обсыпки;
• Скважины без правильной обсыпки — быстро заиливаются;
• Открытый водоотлив в песчаных грунтах — вызывает размыв основания.
• и так далее…

В результате — система не справляется с задачей, вода продолжает поступать, а работы приостанавливаются. Возникает простой рабочих и техники занятых на последующих работах. График производства работ сдвигается.

Недостаточное количество иглофильтров или скважин

Если их слишком мало, снижение уровня воды будет неравномерным или недостаточным.

Последующее добавление элементов системы уже на стройплощадке требует времени и денег, часто — с остановкой работ.

Ошибки в расчёте производительности насосов

Малая мощность оборудования приведёт к тому, что система не сможет откачивать воду в нужном объёме и план будет не выполнен. Вместо осушения — постоянная борьба с подтоплением.

Причины ошибки:

• Завышенные данные по фильтрации грунтов;
• Неверно определённый коэффициент фильтрации;
• Неучтён напор грунтовых вод.
• и прочее...

Проблемы с зимним водопонижением

Если проект не предусматривает защиту трубопроводов от промерзания, система перестаёт работать при первых заморозках. Аварийный ремонт и открючения в минусовую температуру — дорогостоящее удовольствие, из-за чего заказчик будет не доволен.

Упущение сезонных колебаний уровня грунтовых вод

Работы, запроектированные по минимальному уровню воды, могут оказаться неэффективными в период сезонного повышения уровня половодья или дождей. Проект теряет актуальность, а строительство — осложняется.

11. Повреждение коммуникаций и строений в зоне влияния

Неправильно спроектированная система может вызвать:

• Просадку грунта дорожного полотна, тротуаров;
• Развитие деформаций в соседних зданиях;
• Риск аварии на проходящих в зоне влияния инженерных сетях и объектах.

Суровая правда жизни

Экономия на проектировании почти всегда оборачивается:

• Дополнительными расходами;
• Задержками сроков;
• Авриями и простоем техники;
• Юридическими и экологическими проблемами.

Правильно выполненный проект — это не расход, а инвестиция в стабильность, безопасность и эффективность строительства. Особенно в сложных грунтах и при высоком уровне грунтовых вод, где необходимо тщательное обследование местности.

Если вы работаете с неоднородными грунтами — выбирайте метод осушения не по интуиции, а по расчёту. Это поможет избежать лишних затрат и простоев.

Подбор водопонизительных средств, определение их количества и расстановка

Выбор оборудования для водопонижения зависит от гидрогеологических условий, типа грунта и глубины котлована. Основные варианты — иглофильтры, скважины и вакуумные установки. Каждый из них подходит под конкретные задачи.

Правильный подбор и расстановка водопонизительных средств позволяют добиться равномерного снижения уровня воды и избежать аварийных ситуаций. Это обеспечивает безопасность и стабильность строительных работ без остановок.

Мониторинг динамики понижения и влияния водопонижения на окружающую застройку

После запуска системы водопонижения важно не только поддерживать её работу, но и следить за тем, как снижается уровень воды и как это влияет на грунт и близлежащие здания. Мониторинг позволяет вовремя заметить отклонения и при необходимости внести корректировки.

Контроль уровня грунтовых вод

Для наблюдения за уровнем воды устанавливают пьезометры — скважины с фильтрами, которые позволяют точно измерять уровень грунтовых вод. Их размещают:

• Внутри котлована;
• По периметру стройплощадки;
• Рядом с фундаментами соседних зданий.

Измерения проводят регулярно — ежедневно или чаще, если есть риски.

Как отслеживают изменения грунта

Понижение уровня воды может вызвать уплотнение грунта, а в некоторых случаях — его просадку. Чтобы это контролировать, используют:

• Геодезические измерения поверхности грунта;
• Наблюдение за деформациями фундаментов и стен зданий;
• Измерение давления в грунте с помощью поровых датчиков.

Эти данные помогают вовремя заметить, если начнётся просадка грунта или появятся трещины в стенах близлежащих зданий.

Влияние на инфраструктуру

Водопонижение может повлиять на:

• Фундаменты соседних зданий;
• Подземные коммуникации;
• Дорожное покрытие и тротуары;
• Опоры линий электропередач и ограждений.

Чтобы избежать повреждений, необходимо:

• Постоянно контролировать осадки;
• Учитывать расстояние до ближайших объектов;
• Вести наблюдение за состоянием грунта и конструкций.

Основные параметры мониторинга

Как реагировать на отклонения

Если мониторинг показывает, что грунт проседает или уровень воды падает слишком медленно, принимают меры:

• Корректируют работу насосов;
• Добавляют иглофильтры или скважины;
• Ограничивают откачку, если есть риск просадки;
• Ставят дополнительные точки наблюдения.

Инженерия правильно организованного мониторинга — это не просто формальность, а важный этап, который помогает избежать аварий и защитить инфраструктуру вокруг стройплощадки.

Технико-экономическое обоснование принятых проектных решений и сметный расчет стоимости

При выборе системы водопонижения важно не только обеспечить её техническую эффективность, но и убедиться, что решение экономически оправдано для фирмы, которая собирается выполнять осушение котлована. Технико-экономическое обоснование позволяет сравнить варианты, оценить затраты и выбрать оптимальное решение.

Сравниваются несколько возможных решений — например, иглофильтровая система с вакуумной установкой, скважинное водопонижение или их комбинация.

Стоимость зависит от объёма работ, сложности грунтов и глубины котлована

Как оценивается экономическая выгода

При сравнении вариантов учитываются не только начальные затраты, но и:

• Скорость осушения;
• Надёжность работы системы;
• Расход электроэнергии;
• Стоимость обслуживания;
• Вероятность дополнительных расходов (ремонт, устранение аварий);
• Влияние на сроки строительства.

Что влияет на итоговую стоимость

• Глубина котлована — чем глубже, тем больше требуется скважин или иглофильтров;
• Уровень грунтовых вод — при высоком уровне требуется больше оборудования;
• Сезонные факторы — зимой нужны дополнительные меры против промерзания;
• Доступ техники — сложный подъезд увеличивает время и стоимость монтажа.
• И прочие факторы …

Как выбрать оптимальное решение?

• Обратиться к специалистам с необходимым опытом и знаниями;

Правильный расчёт помогает не только сэкономить, но и избежать аварий. Стоит учитывать не только цену, но и надёжность, сроки, влияние на строительство и безопасность работ. При должном результате, шеф точно останется довольным.