СПОСОБ СТРОИТЕЛЬСТВА ВЕРТИКАЛЬНОГО ДРЕНАЖА Российский патент 1997 года по МПК E02B11/00 E03B3/11 E02B3/10 

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано для осушения территорий, котлованов, для водоснабжения из подземных вод.

Известен способ строительства вертикального дренажа, включающий бурение ряда скважин, установку в них фильтровых колонн, прокладку водосборного коллектора и присоединения к нему фильтровых колонн (Прогнозы подтопления и расчет дренажных систем на застраиваемых и застроенных территориях. Справочное пособие к СНиП М.СИ. 1991, с. 122-124, рис. 50).

Недостаток этого способа заключается в прокладке коллектора в траншее, а также в сооружении смотровых колодцев над устьем скважин, что усложняет проведение работ и требует повышенных затрат, особенно при значительной глубине заложения коллектора в водонасыщенных грунтах.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением является способ строительства вертикального дренажа, включающий сооружение ряда вертикальных дренажных скважин с фильтровыми колоннами и соединенного с ними подземного водосборного трубопровода ( см. а.с. СССР N 1532658, Е 02 В 11/00, 1987).

Недостатками этого способа являются прокладка трубопровода в траншее и соединение его с фильтрами через слой фильтровой засыпки, что усложняет работы, особенно при значительной глубине заложения трубопровода, и создает излишние гидравлические сопротивления между скважинами и водосборным трубопроводом.

Техническим результатом изобретения является сокращение затрат и сроков строительства за счет бестраншейной прокладки водосборного трубопровода и непосредственного соединения его с фильтровыми колоннами скважин.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе строительства вертикального дренажа, включающем сооружение ряда вертикальных дренажных скважин с фильтровыми колоннами и соединенного с ними подземного водосборного трубопровода, в каждой фильтровой колонне выполняют сквозной проем под трубопровод, после сооружения скважин из проемов фильтровых колонн ведут посекционно образование в грунте сквозного канала, вводят в канал от его торца водосборный трубопровод, передний торец которого выполняют закрытым и снабжают направляющим наконечником и образуют в трубопроводе отверстия внутри фильтровых колонн. Между дренажными скважинами может осуществляться бурение дополнительных скважин до глубины прокладки водосборного трубопровода и образование из них секций сквозного канала. Образование секций сквозного канала, преимущественно в несвязном и слабосвязном грунте, ведут размывом грунта направленными вдоль оси прокладки трубопровода струями жидкости в газовом потоке. При этом перед образованием секций сквозного канала осуществляют изоляцию водоприемной части фильтровой колонны от проема, перед образованием в трубопроводе отверстий в участок расположения проема подают твердеющий материла, а при образовании отверстий в трубопроводе удаляют изоляцию водоприемной части фильтровой колонны.

На фиг. 1 показано образование канала в грунте и введение в него водосборного трубопровода; на фиг. 2 построенный вертикальный дренаж с водосборным трубопроводом, расположенным над водоприемными частями фильтровых колонн; на фиг. 3 построенный вертикальный дренаж с водосборным трубопроводом, расположенным под водоприемными частями фильтровых колонн; на фиг. 4 изоляция водоприемной части, расположенной под трубопроводом; на фиг. 5 изоляция водоприемной части, расположенной над трубопроводом; на фиг. 6 - образование в грунте секции канала; на фиг. 7 сопряжение водоприемной части фильтра с водосборным трубопроводом.

Способ осуществляют следующим образом.

У торца трассы дренажа подготавливают рабочее место для последующего ввода водосборного трубопровода, например в колодце 1, который будет затем служить водосборным колодцем дренажа, или на площадке 2 на дне котлована и т. п. На рабочем месте устанавливают механизм 3 для ввода трубопровода, например домкратную установку или лебедку с полиспастом.

На трассе дренажа бурят дренажные скважины 4 и устанавливают в них фильтровые колонны 5. Каждая фильтровая колонна 5 имеет сквозной проем 6, размещаемый на уровне прокладки водосборного трубопровода 7. Из фильтровых колонн 5 через проемы 6 образуют смыкающиеся секции 8 сквозного канала 9, в который от его торца вводят трубопровод 7 с помощью механизма 3. Трубопровод 7, продвигаясь внутри канала 9, проходит сквозь проемы 6 в фильтровых колоннах 5. После ввода трубопровода 7 в нем образуют отверстия 10 внутри фильтровых колонн 5, обеспечивая гидравлическую связь фильтров с водосборным трубопроводом. Указанные операции являются общими для различных грунтовых условий.

Конкретные вспомогательные операции, способ и средства образования сквозного канала 9 могут быть различными в зависимости от грунтовых условий прокладки водосборного трубопровода 7.

Приводимое ниже описание относится к наиболее распространенным грунтовым условиям использования дренажа, а именно к несвязным и слабосвязным грунтам, в том числе водонасыщенным, пескам, супесям, суглинкам, илам и т.п.

До или после установки в скважины 4 фильтровых колонн 5 в них осуществляют изоляцию водоприемной части 11 от проема 6, для защиты от загрязнения при последующих операциях. При расположении водоприемной части 11 ниже проема 6 изоляция осуществляется, например, перемычкой 12, а при расположении водоприемной части 11 выше проема 6 например, трубой 13. Проем 6 перекрывают временной заглушкой 14, например, в виде надувного тампона.

После установки в скважину 4 фильтровой колонны 5 выполняют обсыпку водоприемной части 11 фильтрующим материалом 15. Участок расположения проема 6 обсыпают мелкозернистым грунтом 16, а над ним образуют слой 17 из твердеющего материала. Остальную часть затрубного пространства заполняют произвольным материалом, например местным грунтом.

Затем осуществляют следующие операции для прокладки водосборного трубопровода 7. В ближайшей к началу трассы скважине 4 из фильтровой колонны 5 удаляют временную заглушку 14 и устанавливают в фильтровую колонну 5 скважинный монитор 18 с боковыми соплами 19 в нижней его части. Сопла 19 располагают на уровне проема 6 и ориентируют вдоль оси прокладки трубопровода 7. В монитор 18 подают под давлением раздельно жидкость и газ, например воду и воздух. Истекающие из сопел 19 струи жидкости 20 в газовом потоке 21 размывают в грунте одну или две противоположно направленные протяженные каверны (секции будущего сквозного канала), одна из которых достигает стенки колодца 1. При размыве каверны 8 пульпа 22 поступает в фильтровую колонну 5 и истекает по ней (или по защитной трубе 13) на поверхность. По окончании размыва каверн 8 в них может быть подана другая жидкость, например глинистый раствор, обеспечивающая долговременную устойчивость каверн. Скважинный монитор 18 удаляют из фильтровой колонны 5. Затем аналогичные операции по образованию каверн 8 выполняют из следующей скважины 4, соединяя каверны с предыдущими. Признаком соединения смежных каверн является возмущение жидкости появление пузырей газа, колебания уровня в предыдущей скважине 4.

В случае, если расстояние между дренажными скважинами 4 превышает длину двух встречных каверн 8, между дренажными скважинами 4 бурят дополнительные скважины 23 на глубину прокладки трубопровода 7 и проводят из них образование очередных секций канала каверн 8.

Соединение каверны 8 образуют сквозной канал 9, проходящий через проемы 6 в фильтровых колоннах 5 дренажных скважин 4.

В канал 9 от его торца в начале трассы, например из колодца 1, с помощью механизма 3 вводят трубопровод 7. Ввод трубопровода 7 целесообразно вести одновременно с образованием очередных секций 8 канала 9, опережающих продвижение трубопровода 7.

Для облегчения продвижения трубопровода 7 передний его торец выполняют закрытым и снабженным направляющим, например, конусообразным наконечником. В этом случае трубопровод 7 заполнен воздухом и обладает плавучестью в жидкости, заполняющей канал 9, причем может быть обеспечена нулевая плавучесть, что уменьшает до минимума трение трубопровода 7 по грунту и дает возможность его прокладки на большую длину.

Трубопровод 7 в процессе прокладки неизбежно проходит сквозь проемы 6 в фильтровых колоннах 5, поскольку канал 9, по которому продвигается трубопровод 7, был образован из этих проемов 6.

По окончании ввода трубопровода 7 в участок его расположения в фильтровых колоннах 5 подают твердеющий материал 24, например закачивают цементный раствор, перекрывающий проем 6. Твердеющий материал 24 может поступать и в затрубную часть канала 9, вытесняя находящуюся в нем жидкость, например воду или глинистый раствор, и образуя обойму трубопровода 7, которая будет обеспечивать его фиксацию и изоляцию.

После затвердевания материала 24 в нем и одновременно в трубопроводе 8 и перемычке 12 образуют отверстие 25, например, путем разбуривания. При наличии трубы 13, изолировавшей водоприемную часть 11 выше проема 6, трубу 13 удаляют. Этим завершаются операции по прокладке трубопровода 7 и соединению его с водоприемными частями 11 фильтровых колонн 5.

Для увеличения пропускной способности водосборный трубопровод 7 может быть проложен в несколько ярусов по глубине.

По окончании операций по прокладке трубопровода 7 удаляют вспомогательное и устанавливают эксплуатационное оборудование, например в колодце 1, для приема и удаления дренажной воды, которая будет самотеком поступать из дренажных скважин по трубопроводу 7.

Для осуществления способа каждая фильтровая колонна 5, содержащая водоприемную 11 и глухую трубчатые части, имеет в пределах глухой части сквозной проем 6. Поперечные размеры последнего должны превышать поперечные размеры (диаметр) водосборного трубопровода 7, который будет проходить сквозь проемы 6. Проем 6 может быть выполнен в виде двух противолежащих отверстий (если диаметр фильтровой колонны 5 больше диаметра трубопровода 7) или в виде промежутка между частями фильтровой колонны 5, соединенными с помощью накладок 26.

Пример. Строится вертикальный дренаж по прямолинейной трассе длиной 800 м. Дренажные скважины располагаются с шагом 20 м, водоприемный колодец размещается в середине трассы дренажа. Глубина дренажных скважин 15 м. Две ветви водосборного трубопровода длиной по 400 м диаметром 200 мм прокладываются на глубине 5 м. Грунт мелкозернистые водонасыщенные пески.

В первую очередь сооружают водоприемный колодец диаметром 4 м, глубиной 7 м. В стенах колодца выполняют два отверстия для ввода ветвей трубопровода, в отверстиях размещают уплотнительные устройства. В колодце устанавливают механизм с домкратом.

На одной из ветвей трассы дренажа бурят дренажные скважины глубиной 15 м, диаметром 500 мм. Ближайшая к колодцу скважина размещается на расстоянии 8 м от его стенки, остальные с шагом 20 м. В каждую скважину устанавливают фильтровую колонну диаметром 200 мм с водоприемной частью длиной 7 м, отстойником длиной 1 м и верхней глухой частью длиной 7 м. Над водоприемной частью внутри трубы установлена перемычка из металлического листа. В глухой части на глубине 5 м имеется проем в виде промежутка между трубами, соединенными фигурными накладками. Размеры проема 400х400 мм. На уровне проема устанавливают надувной тампон диаметром 200 мм, длиной 1,5 м.

Водоприемную часть фильтровой колонны обсыпают песчано-гравийной смесью, над нею в интервал расположения проема засыпают мелкозернистый песок до глубины 4 м, выше заливают цементно-песчаный раствор слоем высотой 1 м и засыпают местный грунт.

После сооружения дренажных скважин начинают операции по прокладке водосборного трубопровода. Из фильтровой колонны ближайшей к колодцу скважины удаляют надувной тампон и устанавливают в нее двухтрубный скважинный монитор (для предотвращения оплывания песка в проем фильтровой колонны в нее перед удалением тампона заливают глинистый раствор). Монитор имеет на нижнем конце головку с двумя парами противоположно направленных сопел водяных и воздушных. Сопла ориентируют вдоль оси прокладки трубопровода. В трубы монитора подают раздельно воду под давлением 5-6 МПа с расходом 50-60 м³/ч и воздух под давлением 0,1 МПа с расходом 3-4 м³/ч.

(По экспериментальным данным струйной технологии при строительстве противофильтрационных завес, укреплении грунта и скважинной гидродобыче полезных ископаемых, водо-воздушные струи с указанными параметрами размывают в песчаном грунте протяженные каверны длиной до 10-15 м, диаметром 250-300 мм. В слабосвязных грунтах супесях, суглинках, илах дальность размыва и диаметр каверн меньше, а также требуются другие параметры струй. В конкретных грунтовых условиях объекта технологические параметры и размеры размываемых каверн устанавливаются экспериментально).

Истекающие из сопел монитора водяные струи в воздушном потоке размывают в грунте две противоположно направленные протяженные каверны, одна из которых, направленная в сторону колодца, достигает его стенки у отверстия с уплотнением. Размыв каверн происходит в течение нескольких минут. В процессе размыва водо-воздушно-грунтовая пульпа поступает в фильтровую колонну, в которой установлен монитор, и изливается из нее в установленную на поверхности емкость. По окончании размыва каверн в них через монитор подают глинистый раствор, вытесняя воду. Монитор удаляют из фильтровой колонны и устанавливают в следующую скважину, из которой аналогичным образом ведут размыв следующей секции сквозного канала двух противоположно направленных каверн, одна из которых смыкается с каверной, образованной из предыдущей скважины.

Одновременно с размывом второй секции канала начинают ввод трубопровода из колодца в первую секцию канала. Трубопровод вводят посекционно с помощью механизма, установленного в колодце. Образование последующих секций канала в грунте и ввод в канал трубопровода ведут параллельно с опережающим образованием секций канала. Ввод трубопровода заканчивают после прихода его наконечника через проем фильтровой колонны последней скважины. На торце трубопровода в колодце устанавливают задвижку.

По окончании прокладки трубопровода в фильтровые колонны скважин последовательно устанавливают тампон непосредственно над трубопроводом и закачивают цементный раствор, который тампонирует зоны сопряжения трубопровода с фильтровыми колоннами, а также образует обойму трубопровода в канале между скважинами. После затвердевания цементного раствора его в каждой фильтровой колонне разбуривают диаметром 150 мм, образуя при этом сквозные отверстия в трубопроводе и перемычке над водоприемной частью фильтровой колонны.

Аналогичные операции проводят по второй ветви дренажа, после чего удаляют из колодца механизм для прокладки трубопровода и устанавливают эксплуатационное оборудование для приема и удаления дренажной воды.

Использование предлагаемого способа позволяет осуществлять строительство вертикального дренажа с бестраншейной прокладкой водосборного трубопровода практически независимо от глубины его расположения при значительной дальности с обеспечением непосредственной гидравлической связи трубопровода с фильтрами дренажных скважин. Преимущества способа заключаются в сокращении затрат и сроков строительства, в возможности проведения работ в стесненных условиях, например, городской застройки.

Использование: изобретение относится к области строительства и может быть использовано для строительства веpтикального дренажа при осушении территорий, котлованов, а также для водоснабжения из подземных вод. Сущность изобретения: способ строительства вертикального дренажа включает сооружение ряда дренажных скважин с фильтровыми колоннами, посекционное образование из них сквозного канала в грунте, введение в канал от его торца водосборного трубопровода, проходящего сквозь фильтровые колонны, и образование в водосборном трубопроводе отверстий внутри колонн. Между дренажными скважинами при необходимости бурят дополнительные скважины до глубины прокладки водосборного трубопровода и образуют из них секции сквозного канала. В несвязных и слабосвязных грунтах образование секций канала ведут размывом грунта струями жидкости в газовом потоке. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ строительства вертикального дренажа, включающий сооружение ряда вертикальных дренажных скважин с фильтровыми колоннами и соединенного с ними подземного водосборного трубопровода, отличающийся тем, что в фильтровых колоннах выполняют сквозные проемы под водосборный трубопровод, из которых после сооружения скважин посекционно образуют в грунте сквозной канал, затем вводят в канал от его торца водосборный трубопровод, передний торец которого выполняют закрытым и снабжают направляющим, например, конусообразным наконечником, а после введения трубопровода в нем образуют отверстия внутри фильтровых колонн. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образование секций сквозного канала, преимущественно в несвязном и слабосвязном грунте, осуществляют размывом грунта направленными вдоль оси трубопровода струями жидкости в газовом потоке. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что между дренажными скважинами бурят дополнительные скважины до глубины прокладки водосборного трубопровода и образуют из них секции сквозного канала. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перед образованием секций сквозного канала в каждой фильтровой колонне осуществляют изоляцию ее водоприемной части от проема, перед выполнением в трубопроводе отверстий в участок расположения проема подают твердеющий материал, а при выполнении отверстий в трубопроводе удаляют изоляцию водоприемной части фильтровой колонны.