Осушение котлованов и траншей — критически важный этап строительных работ, требующий тщательного планирования и точных расчетов. Неправильная оценка водопритока или неверный выбор насосного оборудования могут привести к простою оборудования, увеличению затрат и даже к аварийным ситуациям. В этой статье мы рассмотрим методы расчета водопритока в котлованы и траншеи, а также несколько примеров подбора насосов для эффективного водоотведения котлована.

Для расчета водопритока в котлован требуется знать значения параметров, напрямую влияющих на него. Одним из таких параметров является коэффициент фильтрации K — величина, показывающая способность грунта пропускать через себя водные потоки под действием статического давления воды. Этот параметр зависит от состава грунта. Примерные коэффициенты K берут из готовых таблиц, например:

Расчет притока грунтовых вод

Для траншей

Траншеи — это удлиненные выемки, используемые для прокладки коммуникаций или фундаментов. Приток грунтовых вод в траншее зависит от ее длины, глубины, гидрогеологических условий и уровня грунтовых вод.

1 - водоносный горизонт, 2 - кривая депрессии, h – глубина траншеи ниже уровня грунтовых вод, h1 – толщина слоя воды в траншее при водоотливе, H – уровень грунтовых вод над водоупором, R – радиусы влияния

Формула расчета притока:

Q = q * l

где:

• q — приток на 1 погонный метр траншеи (м³/сут),
• l — длина траншеи (м).

Для разных условий (совершенные и несовершенные траншеи) используются соответствующие формулы для расчета водопритока и высоты пониженного уровня.

Для совершенной траншеи (рис. 1 а):

Для несовершенной траншеи (рис. 1 б):

Для котлованов

Котлованы представляют собой выемки, размеры которых в плане сопоставимы по длине и ширине. Приток в котловане зависит от его площади, глубины, свойств окружающего грунта и уровня грунтовых вод. При повышении уровня воды необходимо учитывать расчет водопритока в котлован для предотвращения затопления.

Рисунок 2. а) совершенный котлован, б) несовершенный котлован

Формула расчета притока

Для совершенного котлована

Для несовершенного котлована

где:

• K — коэффициент фильтрации (м/сут),
• H — мощность водоносного слоя, высота уровня грунтовых вод от водоупора (м),
• Н₀ – высота активной зоны, в которой присутствуют грунтовые воды: ее принимают равной 4/3 высоты воды в котловане до начала понижения.
• R — радиус напорного влияния (м),
• h1 – высота пониженного горизонта грунтовых вод (м),
• r — радиус котлована (м).

Для простоты расчета, котлованы, не вытянутые в длину, приводятся к фиктивному равновеликому кругу радиусом r. Если котлован имеет форму прямоугольника, то

r = 0.25η(L+B)

где L и B – длина и ширина котлована, м;

   – коэффициент, зависящий от отношения B/L, принимается по таблице

r = √(A/π)

где:

• A — площадь котлована (м²).

Радиус влияния R можно определить по формуле:

где:

• S — величина требуемого понижения уровня грунтовых вод в котловане (м).

Эти формулы позволяют оценить приток в котловане и спланировать систему водоотведения котлована. Журнал водоотлива из котлована и журнал откачки воды из котлована помогут отслеживать эффективность проведенных мероприятий. Для удобства можно скачать журнал водоотлива из котлована в цифровом формате.

Подбор насосного оборудования

После определения величины водопритока необходимо выбрать насосное оборудование, способное эффективно отводить поступающую воду. При подборе насосов следует учитывать следующие факторы:

• Производительность насоса: должна соответствовать расчетному водопритоку с учетом коэффициента запаса. Обычно коэффициент запаса принимается в пределах 1,3–2,0, чтобы учесть возможные пиковые нагрузки и непредвиденные обстоятельства.
• Напор: максимальная высота, на которую насос способен поднимать воду. Этот параметр должен превышать разницу высот между уровнем воды в котловане и точкой сброса.
• Тип перекачиваемой жидкости: если вода содержит твердые частицы или загрязнения, необходимо выбирать насосы для котлованов, способные работать в таких условиях.
• Условия эксплуатации: температура окружающей среды, влажность, возможность замерзания воды.

Формула для расчета количества насосов:

N = (Q * Kзапаса) / Qнасоса

где:

• Q — часовой приток в котловане (м³/ч),
• Kзапаса — коэффициент запаса (1,3–2,0),
• Qнасоса — производительность одного насоса (м³/ч).

Примеры расчетов

Пример 1: Осушение траншеи

Необходимо подобрать насосы для осушения траншеи длиной 500 метров и глубиной 4 метра. Грунт в основном песок, частицы средних размеров, уровень грунтовых вод располагается на 90 сантиметров ниже поверхности, толщина слоя грунта в котором присутствуют воды (мощность водоносного слоя) 10 метров.

• Длина траншеи (L): 500 м
• Глубина (h): 4 м
• Грунт: средний песок
• Уровень грунтовых вод: 0,9 м ниже поверхности
• Дно траншеи не доходит до водоупорного слоя – считаем траншею несовершенной

1.     По таблице подбираем примерный коэффициент фильтрации супеси:
K = 5,0 м/сут

2.     Принимаем новый уровень грунтовых вод на 0,5 метров ниже дна траншеи.

3.     Глубина водопонижения тогда будет равна:
S = Глубина котлована – расстояние от поверхности до грунтовых вод + 0,5 метров = h – 0,9 + 0,5 = 4 – 0,9 + 0,5 = 3,6 м

4.     Высота зоны влияния откачки воды H2 = 4/3 S = 1,33 * 3,6 = 4,8 м

5.      Расстояние между границей активной зоны и новым уровнем грунтовых вод:
h2 = H2 – S = 4,8 – 3,6 = 1,2 м

6.     Радиус влияния водоотлива: 

7.     Приток воды на 1 погонный метр траншеи:

= 5,0 * (4,8^2 – 1,2^2) / 35,3 = 3,5 м³/сут

8.     На всю длину траншеи приток составит: Q = q * L = 3,5 * 500 = 1750 м³/сут или 73 м³/ч

9.     Учитывая возможные дождевые осадки, умножаем полученное значение на 1,3:
Q = 73 * 1,3 = 95 м³/ч

После расчетов получаем приток в траншее Q = 95 м³/ч. Подбираем дренажный насос ZUMFA KZN с соответствующей производительностью – Zumfa KZN55N.

Пример 2: Осушение котлована

Необходимо подобрать дренажные насосы для осушения котлована, ширина и длина которого 25 и 75 метров, глубина 5,5 метров. Грунт – супесь, грунтовые воды располагаются на 0,5 метров ниже поверхности, толщина водоносного слоя 15 метров.

• Размеры: 25 × 75 м
• Глубина: 5,5 м
• Грунт: Супесь
• Котлован несовершенный, так как его дно не доходит до водоупорного слоя

1.     Принимаем коэффициент фильтрации K = 0,7 по таблице.

2.     Новый уровень грунтовых вод принимаем на 1 метр ниже дна котлована. Глубина понижения грунтовых вод S =5,5 + 1 – 0,5 = 6 м

3.     Высота активного слоя грунта H0 = 4/3 * 6 = 8 м

4.     Расчётный радиус напорного влияния 

5.     Рассчитываем приведенный радиус котлована, используя его высоту, ширину и таблицу с соотношениями B/L:
r = 0,25η(B+L) = 0,25 * 1,13(25+75) = 28,3 м

6.     Расстояние между границей активной зоны и уровнем грунтовых вод:
h0 = H0 – S = 8 – 6 = 2 м

7.     Приток воды в котлован

или около 10 м³/ч. Пересчитываем с коэффициентом запаса: 10 * 1,3 = 13 м³/ч

Так как высота котлована достаточно небольшая, и требуется насос с небольшой производительностью, то идеальным выбором в данной ситуации будет переносной дренажный насос ZUMFA Small D8.

Заключение

Точный расчет водопритока и правильный подбор насосов — залог успешного осушения котлованов и траншей. Использование насосов ZUMFA гарантирует надежную и эффективную работу даже в сложных условиях. Для максимальной эффективности рекомендуется проводить гидрогеологические исследования и использовать специализированные программы для моделирования водоотведения котлована. Также важно вести учет работы насосов водоотлива из котлована.