При визначенні величини припливу ґрунтових вод виділяють дві групи котлованів: траншеї і вузькі витягнуті котловани прямокутної в плані форми
(Відношення ширини до довжини 1. 10 і менше); широкі котловани квадратної, прямокутної, круглої і інших в плані форм (відношення ширини до довжини більш I. 10).
Для простоти при розрахунку приймають, що котловани мають вертикальні укоси.
При цьому котловани, які не витягнуті в довжину, призводять до фіктивного равновеликому колі радіусом r0. Для котлованів, що мають в плані прямокутну форму значення наведеного радіуса підраховують за формулою:
(Відношення ширини до довжини 1. 10 і менше); широкі котловани квадратної, прямокутної, круглої і інших в плані форм (відношення ширини до довжини більш I. 10).
Для простоти при розрахунку приймають, що котловани мають вертикальні укоси. При цьому котловани, які не витягнуті в довжину, призводять до фіктивного равновеликому колі радіусом r0. Для котлованів, що мають в плані прямокутну форму значення наведеного радіуса підраховують за формулою:
При неправильної в плані формі котлованів
де, F - площа реального котловану, м 2.
Приплив води в котловани розраховується за формулами усталеного режиму зниження ґрунтових вод.
Якщо котлован прорізає кілька шарів грунту різної водопроникності, необхідно визначати середньозважене значення коефіцієнта фільтрації
Притоки води в скоєні котловани (доходять до нижнього водоупора і приймають воду тільки через стінки) в безнапірних водах (рис. 62) можна визначити так:
Мал. 64. Схема припливу води до широкого, що не витяжної недосконалого типу при роботі його в безнапірних водах [11]:
1 - початковий рівень ґрунтових вод; 2 - знижений рівень грунтових вод після спорудження котловану; 3 - лінія розділу потоку на Безнапірні і напірну зони; 4 - котлован.
Притоки води в недосконалі котловани (що не доходять до нижнього водоупора) визначаються за формулами:
в напірних водах (рис.63)
Мал. 65. Схема контурної водознижувальних установки досконалого типу при її роботі в напірних водах [11]: 1 - початковий рівень ґрунтових вод; 2 - депресійні криві при роботі контурної водознижувальних установки.
в безнапірних водах (рис. 64)
У формулах (4) - (6) Q - приплив води в котлован, м 3 / добу; kф - коефіцієнт фільтрації водоносного пласта, м / добу; Н - товщина безнапірного водоносного пласта, м; R - радіус депресії при роботі котловану, м; т - товщина напірного водоносного пласта, м; S - заглиблення дна котловану щодо непоніженного рівня, м.
Загальний дебіт скоєних колодязів, розташованих по периметру котловану, може бути підрахуй за формулами:
в безнапірних водах (рис. 65)
в напірних водах (рис. 66)
При цьому глибина води в колодязях визначається так: в безнапірних водах
в напірних водах
У формулах (7) - (10) Q - загальний дебіт, м 3 / добу; H - товщина безнапірного водоносного пласта або висота непоніженного п'єзометричного рівня над водоупором, м; h к - висота зниженого рівня грунтових вод в центрі ділянки, рахуючи від нижнього водоупора, м; R - радіус впливу при роботі водознижувальних установки, м; r0 - приведений радіус контурної схеми водозниження, м; п - число колодязів; l - відстань між сусідніми колодязями по колу, м; rс - радіус колодязів, м.
Радіус впливу котлованів або кільцевих водознижувальних установок з урахуванням тривалості відкачування
де R - радіус впливу, м; t - час, що минув з початку відкачування, сут; м - коефіцієнт водовіддачі грунту, що визначається в залежності від коефіцієнта фільтрації грунту:
коефіцієнт фільтрації
грунту, м / добу
Контурна водознижувальних установка розраховується способом підбору. Переймаючись числом свердловин в установці і зниженнями рівня води в них, визначають загальний дебіт установки і кожної свердловини.
Потім за формулами визначають висоту зниженого рівня в центрі ділянки. Прорахувавши кілька варіантів, вибирають такий, при якому забезпечується необхідне зниження рівня ґрунтових вод.
При розрахунку водознижувальних установок слід враховувати, що дебіт кожної з них повинен бути рівним або трохи меншим водозахватной здатності свердловини (f, м 3 / добу):
Таблиця 42. Орієнтовні значення відстаней між голкофільтрами при використанні установок вакуумного водопониження
Примітка. Висота низькою піщаної обсипання 1.5. 2 мот наконечника голкофільтра: висока обсипання влаштовується навколо голкофільтра по всій його довжині.
Тут l0 - довжина водоприймальної частини (фільтра) свердловини, м; vф - допустима вхідна швидкість фільтрації (м / сут), що визначається за формулою
де: kф - коефіцієнт фільтрації водоносного пласта, м / сут. При цьому зовнішній діаметр фільтра визначається за формулою
При розрахунках систем водозниження, що складаються з великої кількості свердловин, розташованих уздовж траси або на окремій ділянці, можна скористатися методом узагальнених систем.
При розрахунках систем водозниження за допомогою голкофільтрових установок вакуумного водопониження відстані між голкофільтрами для різних умов їх роботи можна вибирати по табл. 42.
При виборі заглибних і артезіанських відцентрових насосів для обладнання водознижувальних свердловин необхідно прагнути, щоб оптимальна продуктивність насоса якомога ближче збігалася з дебітом свердловини. Крім того, необхідно враховувати умови роботи, в яких буде експлуатуватися глибинний насос. Технічна характеристика обраного насосного обладнання повинна перебувати в повній відповідності з умовами експлуатації.
Параметри роботи глибинних насосів визначаються за допомогою графічних характеристик цих насосів. Основними параметрами є подача (Q), натиск (Н), споживана потужність (N) і коефіцієнт корисної дії (). Залежності цих параметрів для заглибних і артезіанських відцентрових насосів щодо вихідного патрубка їх робочого вузла зазвичай даються у вигляді графіків, отриманих заводами-виробниками при роботі насосних вузлів без напірного патрубка. Залежність продуктивності від напору на вихідному патрубку напірного трубопроводу графічно може бути побудована, якщо відняти з ординат початкової кривої Q-Н насосного вузла (без напірного трубопроводу) втрати напору в трубопроводі на ділянці від насосного агрегату до гирла свердловини при витратах, які відповідають цим ординатам.
Втрати напору в напірному трубопроводі можна підрахувати за формулою
де: nтр - число секцій напірного трубопроводу; Sтр - опір однієї секції. Для заглибних насосів коефіцієнт Sтр визначається в залежності від діаметра напірного трубопроводу:
Діаметр напірного трубопроводу, мм Коефіцієнт S10тр (на 10 м довжини напірного трубопроводу)
Опір напірних трубопроводів артезіанських насосів типу АТН і А більше в порівнянні з зануреними, так як в цих насосах крім гідравлічних втрат на тертя і місцеві опори ще виникають додаткові гідравлічні втрати внаслідок обертання валу з сполучними муфтами.
При обробці даних заводських випробувань насосів ЛТН-8 [6 | отримана графічна залежність Sтр = f (Q), наведена на рис. 67. Таким чином, про допомогою виразу (16) можна побудувати криву Q-H для різних насосних установок із заданим числом секцій напірного трубопроводу.
Характеристичним кривим Q- H насоса АТН-8 з 15 секціями напірного трубопроводу відповідають перетину II (крива 1) і II-II (крива 2, рис. 68).
Для визначення фактичного подання насоса, що працює в конкретній одиночній свердловині, необхідно побудувати суміщені характеристики (рис. 69) насо-
сної установки, свердловини і трубопроводу від напірного патрубка насоса до місця виливу води.
На рис. 69, а крива bc є характеристикою насосної установки. Вона побудована з урахуванням гідравлічних втрат в напірному трубопроводі. Лінія а-1 зображує геодезичну висоту подачі (різниця між відмітками статичного рівня води в свердловині і місця виливу води з трубопроводу). Лінія а -2 є характеристикою трубопроводу, а лінія а -3 - свердловини. Для отримання суміщеної характеристики трубопроводу і свердловини (лінія а-4) необхідно до ординатам лінії а -3 додати втрати напору в трубопроводі від напірного патрубка насоса до місця скидання води з трубопроводу. У момент пуску подача насоса дорівнює Q0 (точка перетину ліній b-с і а-2). Потім при сталому режимі роботи, коли рівень води в свердловині знизиться, подача насоса буде Qр (точка перетину ліній b-с і а -4).
У практиці будівництва, як правило, одночасно експлуатується ціла система водознижувальних свердловин, причому загальне зниження рівня ґрунтових вод залежить від сумарного дебіту свердловин. В цьому випадку методика побудови суміщених характеристик дещо відмінна від описаної вище. Так, геодезична висота подачі води змінюється в залежності від загального зниження рівня грунтових вод за допомогою системи глибинних насосів.
Для визначення подачі насоса необхідно побудувати характеристики трубопроводу з урахуванням втрат напору по всій довжині від насоса до місця скидання для випадків відкачування води при початковій, проміжній і кінцевій геометричній висотах підйому (лінії 1. 2, рис. 69, б). Точки перетину цих характеристик трубопроводу з характеристикою насосної установки показують величину подачі в різні періоди відкачування води. Так, в початковий період відкачки подача насоса буде Q`, потім через деякий час подача складе Q2 і лише після встановлення кінцевого рівня води в свердловині подача дорівнює Qк.
Споживана насосом потужність Л 'і коефіцієнт корисної дії т | визначаються за характеристиками насоса N - 0 і г - (> для його конкретної подачі.