До начала земляных работ выполняются подготовительные работы, к которым относятся: разборка существующих строений с предварительным отключением от всех систем (тепло, газ и т.д.), освобождение территории от пней, кустарников, деревьев, крупных камней, устройство временных дорог, временных сооружений и коммуникаций, ограждение стройплощадки, устройство обноски.
Перед началом строительства любая площадка должна быть спланирована с таким расчетом, чтобы произвести отвод поверхностных вод (ливневые и талые). При пересеченной местности для отвода вод устраивают водоотводные канавы с уклоном i ≥0,003 для предотвращения заиливания.
При высоком уровне грунтовых вод (выше глубины заложения фундамента) производят осушение стройплощадки. Одним из широко распространенных методов понижения УГВ является иглофильтра
Иглофильтровый способ искусственного понижения УГВ основан на использовании иглофильтровых установок, состоящих из стальных труб с фильтрующим звеном в нижней части (иглофильтр), водосборного коллектора на поверхности земли и самовсасывающего вихревого насоса с электродвигателем. Стальные трубы погружают в обводненный грунт по периметру котлована или вдоль траншеи.
Иглофильтр состоит из двух частей: фильтрующего звена и надфильтровой трубы (диаметр иглофильтра 40-50 мм). Фильтрующее звено в свою очередь состоит из внутренней глухой и наружной перфорированной труб. Эта труба с наружной стороны обмотана проволокой, усилена фильтрационной и защитной сетками . снизу труба заканчивается фрезерным наконечником, внутри которого размещены шаровой и кольцевой клапаны (рис. 11.1-11.2).
Для опускания иглофильтра в рабочее положение при сложных грунтах применяют пробуривание скважин, в которые и опускаются иглофильтры (при глубинах до 6,0-9,0 м). В песках и супесчаных грунтах иглофильтры погружают гидравлическим способом (рис. 11.1, б), путем подмыва грунта под фрезерным наконечником водой с напором до 0,3 МПа. Поступая в верхнюю часть наконечника, вода опускает шаровой 
клапан, поступает под давлением к низу наконечника, размывает окружающий грунт, в том числе и по периметру трубы. Под действием собственной массы иглофильтр погружается в грунт, кольцевой клапан в процессе погружения трубы закрывает пространство между наружной и внутренней трубами. После погружения иглофильтра на рабочую глубину полое пространство вокруг трубы частично заполняется просевшим грунтом, частично засыпается крупнозернистым песком или гравием.
Рисунок 11.1 — Схема работы иглофильтровой установки: а — общий вид . б — период погружения иглофильтрового звена в грунт . в — период водопонижения . г — эжекторный иглофильтр . 1 — гибкий шланг . 2 — надфильтровая труба . 3 — иглофильтровое звено . 4 — внутренняя труба . 5 — наружная перфорированная труба . 6 — спиральная обмотка . 7 -фильтрационная сетка . 8 — стальная защитная сетка, 9 — кольцевой клапан . 10 — шаровой клапан . 11 – ограничитель . 12 — зубчатый наконечник . 13 — песчано-гравийная смесь . 14 — наружная труба эжектора . 15 — насадка эжектора . 16 — суженный участок трубы . 17 — зона разрежения
При включении всей системы на режим откачки воды (рис. 11.1, в), шаровые клапаны иглофильтров вследствие ползучести и под влиянием вакуума поднимаются вверх и закрывают отверстие, одновременно кольцевой клапан опускается, открывая путь грунтовой воде через ячейки сеток в пространство между трубами и далее во внутреннюю трубу.
Иглофильтры позволяют при одноярусном расположении понизить уровень грунтовых вод на 4,0-5,0 м, при двухъярусном — на 7,0-9,0 м. Иглофильтры располагают на расстоянии 0,5 м от бровки котлована или траншеи. Узкие траншеи глубиной до 4,5 м и шириной до 4 м осушают одним рядом иглофильтров, при большей ширине и глубине — двумя рядами.
Расстояние в ряду между иглофильтрами назначают в зависимости от свойств грунта и глубины понижения уровня грунтовых вод. Для среднезернистых грунтов при коэффициенте фильтрации 2,0-60,0 м/сут. расстояние принимают в пределах 1-3,5 м, в сильно фильтрующих крупнопесчаных и песчано-гравелистых грунтах расстояние сокращают до 0,75 м.
Иглофильтровая установка состоит из ряда иглофильтров, погружаемых в грунт по периметру будущего котлована, по одной или двум сторонам траншеи. На поверхности земли иглофильтры присоединяют водосборным коллектором к насосной установке. При работе насосов в режиме откачки воды благодаря дренирующим свойствам грунта уровень воды в иглофильтре и окружающих грунтовых слоях понижается, что приводит к образованию нового УГВ, который называется депрессионной кривой.
Среди средств водопонизительного оборудования широко используются легкие иглофильтровые установки (ЛИУ). Данные средства предусматривают забор воды из грунта через цепь расположенных скважин с трубчатыми водоприемниками, соединенных коллектором, насосы (насосные станции) для откачки воды и отводящий трубопровод.
ЛИУ используют для понижения уровня грунтовых вод (УГВ) в песчаных грунтах на глубину 4,0-5,0 м. При осушении траншей шириной до 4,5 м иглофильтры устанавливают в ряд с одной стороны (рис. 4.4, г), при более широких выемках — с двух сторон (рис. 4.4, в). В случае необходимости понижения УГВ более чем на 5,0 м применяют ЛИУ с многоярусной установкой иглофильтров (рис. 4.4, д). Для осушения котлована ряды иглофильтров должны быть замкнуты по его периметру.
Иглофильтр (рис. 4.4, е) состоит из надфильтровой стальной трубы диаметром 50 мм, длиной 7,0-8,5 м, к которой внизу подсоединено фильтровое звено длиной 1,25 м из двух труб: внутренней диаметром 38 мм сплошной и наружной диаметром 50 мм с отверстиями. Наружная труба обернута защитной фильтрующей сеткой. В нижней части иглофильтра установлен наконечник с зубчатой коронкой, внутри которого расположен шаровой клапан.
Погружают иглофильтры на рабочую глубину 7,0-8,0 м гидравлическим способом либо в предварительно пробуренную скважину. В первом случае после установки иглофильтра в вертикальное положение через него нагнетают воду при соответствующих положениях кольцевого и шарового клапанов (рис. 4.4, е, 1). Вода под большим напором, выходя из наконечника, размывает грунт и образует скважину, в которую опускается иглофильтр под действием собственного веса.
в — расположение иглофильтров с двух сторон . г — одностороннее расположение ряда иглофильтров . д — двухъярусное расположение рядов иглофильтров: 1 — иглофильтровые звенья . 2 — водосборный коллектор . 3 — пробковый кран . 4 — самовсасывающий вихревой насос . 5 — котлован . 6 — депрессионная кривая . 7 — фильтровое звено . 8 — надфильтровая труба . е — устройство иглофильтра: I к II — положения иглофильтра при погружении и откачке воды . 1 — надфильтровая труба . 2 — внутренняя труба . 3 — наружная перфорированная труба . 4 — проволочная обмотка . 5 — сетка . 6 — кольцевой клапан . 7 — наконечник с зубчатой коронкой . 8 — шаровой клапан . 9 — ограничитель, и — установка вакуумного водопонижения: 1 — вакуумная камера . 2 — насосная установка . 3 — сбросная линия . 4 — коллектор . 5 — иглофильтр . к — вакуумный концентрический водоприемник: 1 — вакуумметр . 2 — эжекторный водоприемник . 3 — уплотнительное устройство . 4 — надфильтровая труба . 5 — глиняный тампон . 6 — направляющие фонари . 7 — фильтровая оболочка . 8 — соединительная муфта . 9 — песчано-гравийная обсыпка . 10 — полость фильтра . 11 — рабочие органы эжектора . 12 — водоприемная труба эжектора . л — схема электроосушения . 1 — иглофильтровые звенья . 2 — надфильтровая труба (катод) . 3 — металлические стержни (анод) . 4 — всасывающий коллектор
Пример:
Рассчитать иглофильтровую установку (рис. 11.1) по условиям табл. 11.1.
Таблица 11.1 – Данные для расчета примера
| Грунт | Коэффициент фильтрации, м/сут. | Глубина котлована, м | Уровень грунтовых вод ниже дневной поверхности, м | Размеры котлована в плане (по дну), м | Глубина водоупорного слоя, м | Угол откоса котлована, град |
| Пески средние | 24 | 4,5 | 1,5 | а=10, b=30 | 9 | 45 |
Рисунок 11.1 – Разрез котлована и размещение в нем иглофильтров: И-иглофильтры . У.г.в. – уровень грунтовых вод
Потребная производительность насосной установки
, (11.1)
где Kф – коэффициент фильтрации, м/сут .
Н – мощность водоносного слоя, м .
S – понижение уровня грунтовых вод .
Rr – радиус действия группы иглофильтров, определяемый по формуле И.П. Кусакина:
, м, (11.2)
, м,
r – приведенный радиус группы иглофильтров рассчитывается:
, м, (11.2)
,м.
Радиус действия группы иглофильтров
, м, (11.3)
, м.
Тогда
, м3/сут=66,2 м3/ч.
Основные показатели иглофильтровых установок приведены в табл. 11.2
Таблица 11.2 – Характеристика иглофильтровых установок
| Тип установки | Установленная электрическая мощность, кВт | Производительность по воде, м3/час | Номинальное количество иглофильтров, шт | Масса установки, кг | Диаметр иглофильтров, мм |
| ЛИУ-6БМ | 33 | 140 | 100 | 7110 | 50 |
| ЛИУ-5 | 20 | 120 | 100 | 6700 | 50 |
| ЛИУ-4 | 11 | 60 | 28 | 3500 | 50 |
| ЛИУ-3 | 5,5 | 60 | 24 | 430 | 50 |
| ПВУ-2 | 55 | 100 | 100 | 10730 | 38 |
Пропускная способность одного иглофильтра определяется выражением
, м3/ч, (11.4)
где d – диаметр фильтрового звена, м.
, м3/ч.
Необходимое число игл должно быть более
, (11.5)
, шт.
Периметр установки иглофильтров
, м. (11.6)
, м.
Принимаем установку ЛИУ – 4производительностью 60м3/ч. Число иглофильтров – Nп = 28 шт. Расстояние между иглофильтрами:
, м. (11.6)
,м.
Задание решить задачу с условиями табл. 11.3
Таблица 11.3 – Исходные данные по вариантам
| Вариант | Грунт | Коэффициент фильтрации, м/сут. | Глубина котлована, м | Уровень грунтовых вод ниже дневной поверхности, м | Размеры котлована в плане (по дну), м | Глубина водоупорного слоя, м | Угол откоса котлована, град |
| 1 | Пески крупные | 48 | 4,0 | 3,0 | а=15, b=50 | 10 | 45 |
| 2 | Супесь | 2,4 | 3,0 | 1,5 | а=17, b=35 | 8 | 37 |
| 3 | Пески крупные | 40 | 3,8 | 2,4 | а=12, b=33 | 11 | 38 |
| 4 | Пески мелкие | 6,2 | 2,5 | 1,2 | а=15, b=50 | 9 | 27 |
| 5 | Пески мелкие | 4,8 | 3,5 | 2,0 | а=20, b=40 | 12 | 40 |
| 6 | Пески средние | 28 | 2,5 | 1,8 | а=18, b=42 | 13 | 38 |
| 7 | Пески средние | 10 | 4,2 | 2,5 | а=15, b=35 | 12 | 42 |
| 8 | Пески средние | 12 | 3,6 | 2,7 | а=25, b=50 | 14 | 44 |
| 9 | Супесь | 3,0 | 3,5 | 2,2 | а=15, b=40 | 8 | 29 |
| 10 | Супесь | 4,5 | 2,8 | 1,6 | а=10, b=25 | 7 | 37 |
