производственный

И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИИ ИНСТИТУТ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРИМЕНЕНИЮ

водоподъемников для

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ

И НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ИЗЫСКАНИЯМ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ГОССТРОЯ СССР

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО ПРИМЕНЕНИЮ

водоподъемников для

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ИНЖЕНЕРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

МОСКВА СТРОЙИЗДАТ 1974

Типы водоподъемников, рекомендуемые для производства опытных откачек при гидрогеологических исследованиях в инженерно-геологических скважинах и других горных выработках

Таблица 2

Диа метр, Произво дитель ность, м*/ч Типы водоподъемников при глубине динамического уровня воды, м мм до 8 более 8 До 3 Вихревые и центробежно-вихревые самовсасывающие насосы Центробежные бытовые Ручные Поршневые штанговые насосы Эрлифты Вибрационные насосы До 108 От 3 до 15 Центробежные консольные, центробежновихревые самовсасывающие Центробежные бытовые Винтовые Диафрагменные Эрлифты Поршневые штанговые насосы От 15 до 50 Центробежные консольные, центробежновихревые и самовсасывающие Диафрагменные Эрлифты Поршневые штанговые насосы От 3 до 15 Центробежные консольные, вихревые, самовсасывающие Винтовые горизонтальные Диафрагменные Центробежные с погружными электродвигателями Эрлифты Поршневые штанговые От 108 до 219 От 15 до 50 Центробежные консольные, вихревые, самовсасывающие Диафрагменные Центробежные с погружными электродвигателями Эрлифты От 50 до 100 Центробежные консольные, самовсасывающие Центробежные с погружными электродвигателями Эрлифты

Продолжение табл. 2

Диа метр, Произво дитель ность, Типы водоподъемников при глубине динамического уровня воды, м мм м*/ч до 8 более 8 Более 219 От 15 до 50 Погружные грязевые насосы (например, типа «Гном») Центробежные консольные, вихревые, самовсасывающие передвижные Центробежные с погружными электродвигателями Эрлифты От 50 до 100 Центробежные консольные, самовсасывающие передвижные Погружные грязевые (например, типа «Гном») Центробежные с погружными электродвигателями Эрлифты

насосов соответствующих диаметров (гирляндные установки или параллельно смонтированные насосы).

3.5.    Выбор ра/циональных типов водоподъемников для откачки воды из скважин и других горных выработок может производиться в соответствии с рекомендациями табл. 2.

3.6.    По способу транспортировки к месту ведения откачек используемые при гидрогеологических исследованиях водоподъемники подразделяются на: стационарные и передвижные (прицепные и самоходные, плавучие).

3.7. По характеру привода насосы подразделяются на: электрифицированные, с двигателем внутреннего сгорания и ручные.

3.8.    По принципу действия и конструктивным особенностям водоподъемники, наиболее часто применяемые для опытных откачек, можно подразделять на:

центробежные, в том числе консольные, вихревые, центробежно-вихревые и др.;

эрлифтные установки;

объемные, в том числе поршневые, вибрационные, винтовые, диафрагменные и др.

3.9.    Основные типы водоподъемников с характеристикой их достоинств и недостатков даны в табл. 3 и в приложении.

11

КЗ

Таблица 3 Типы и марки водоподъемников, рекомендуемых дли проведении опытных откачек

Тип водоподъемника Марк* Прою водитель- м*/«' Высота подъема воды, м Высота всасывания. м Достоинства Недостатки Скважинные центробежные насосы с погружными алектродвигателя-ми эцв. эпн 1,6—100 До 100 Высокий (сравнительно) К.П.Д. Возможность откачки воды при большой глубине расположения динамического уровня ВОДЫ Комплектность, малый вес, дешевизна и несложность монтажа, простота обслуживания Возможность отхачхи из исхривлекных скважин Неприспособленность насосов ЭЦВ к откачке загрязненной воды Требуется источник злектроэнергни Сложность ремонта в палевых условиях. Эрлифты Компрессоры разных марок До 100 До 70 Возможность откачки загрязненной воды с большим содержанием механических примесей Простота устройства и надежность работы Низкий К.П.Д. Громоздкость и большой вес оборудования. Невозможность точного замера динамического уровня воды

Продолжение табл. 3

3*к 86

т*п •одооолгемжжх а Марка Про* J ВОДИТЕЛЬ- ■ость, м •/« Высота подаем* •оды. ■ Высота асасыжа-*»«. м Дос тожеств» Недостатка Поршневые штанговые насосы - 0,5-20 До 100 — Возможность откачки воды из скважин небольшого диаметра и при до- Громоздкость и большой вес оборудования. Ненадежность работы (износ и обрыв штанг) Низкий к.п.д. статочно большое глубине динамического уровня ВОДЫ Вибрационные погружные НЭБ, ЭВВ и др- 1,5-3 До 35 Малый вес и металлоемкость. Простота эксплуатации Потребность в сравнительно большом диаметре скважины при относительно небольшой производительности Центробежные, вихревые, центробежно-вихревые, центробежные бытовые, моноблочные к. км, вк. нцс. С-245, «Гном», АЦНШ н ДР- До 100 До 130 До 100 До 100 До 100 До 50 До 25 До 25 До 25 5-6 4- 8 5- 6 Достаточно высокий х.п.д. (кроме вихревых). Простота конструкции и небольшой вес. Возможность регулирования производительности Малая высота всасывания не допускает работы при глубоком расположении динамического уровня воды

Продолжение табл. 3

Тип водоподъемник» Марк» Проюво- дитгль- иосп.. ы‘/ч Высота подъема воды, м Высота всасывания. м Достоинства Недостатки Винтовые горизонтальные В 5-16 До 100 5-6 Простота устройства, стабильность работы Недостаточно высокая высота всасывания. Громоздкость и относительно большой вес Диафрагменные НДЭидр. До 21 4 — Возможность откачивать загрязненную воду Сравнительно низкая производительность Ручные (диафрагменные и поршневые) НР.БКФ и др. 1.5-8,5 До 5 3-5 Возможность применения в любых условиях Транспортабельность Низкая производительность Необходимость применения ручного труда

3.10.    При откачке воды в условиях расположения уровня подземных вод на глубине до 8 м в большинстве случаев применяют поверхностные насосы, которые для увеличения понижения уровня воды целесообразно устанавливать так, чтобы максимально приблизить их к статическому уровню воды (установка насоса в шурфе, колодце, на плаву и т. д.).

Наиболее подходящими для производства опытных откачек в данном случае могут быть насосы следующих типов, центробежные консольные, вихревые консольные, центробежно-вихревые. Широкое распространение для откачки небольших расходов воды могут получить насосы центробежные бытовые и с ручным приводом, а также диафрагменные, винтовые и погружные моноблочные. Технические характеристики и описание этих насосов даны в приложении.

3.11.    Для откачки воды из скважин с глубоким расположением динамического уровня воды применяют погружные насосы: центробежные с погружными электродвигателями, эрлифтны, вибрационные, штанговые поршневые насосы. Технические характеристики и описание этих насосов даны в приложении.

3.12.    Для откачки механически и химически сильно загрязненной воды из скважин и горных выработок могут применяться эрлифты, а также специальные грязевые (грунтовые) насосы; для откачки незначительно загрязненной воды — центробежные поверхностные, винтовые, вибрационные, диафрагменные насосы. Кроме того, имеется возможность по особому заказу изготовить погружные центробежные насосы типа ЭЦВ для откачки воды с повышенным содержанием примесей, а также агрессивных, термальных вод.

3.13.    Для опытных откачек (и особенно прокачек) при динамическом уровне до 8 м могут также использоваться насосы буровых установок, предназначенные для промывки скважин.

3.14.    Природные, климатические, гидрогеологические и экономические особенности районов производства изысканий часто требуют применения передвижных средств откачек, которые создаются в основном из серийно выпускаемых стационарных водоподъемников. В некото-оых случаях их применение позволяет уменьшить количество эксплуатируемого водоподъемного оборудования и повысить коэффициент его использования.

3* Эах. 86

ВВЕДЕНИЕ

Широкий размах строительства требует значительного увеличения объемов комплексных инженерно-геологических изысканий. В составе последних значительное место занимают гидрогеологические исследования, связанные с определением фильтрационных свойств грунтов, прогнозом колебания уровня и химического состава грунтовых вод и их влияния .на устойчивость и работу сооружений.

Наиболее эффективный способ гидрогеологического исследования в процессе инженерно-теологических изысканий (наряду с наливами в шурфы и скважины, режимными наблюдениями за уровнями подземных вод и др.) —это производство опытных откачек из буровых скважин и других горных выработок (шурфов, котлованов). При проведении одиночных и особенно кустовых откачек обеспечивается получение наиболее достоверных данных о коэффициенте фильтрации, во-допроводимости и водоотдаче грунтов, понижении уровня грунтовых вод и других характеристик.

Одним из важных вопросов, возникающих при организации опытных откачек, является подбор водоподъемного оборудования. В настоящее время имеется значительное количество различных типов и марок водоподъемников, которые могут быть использованы для опытных откачек воды из буровых скважин и других горных выработок. Для откачки сильно загрязненной воды более подходящими являются эрлифтные установки, хотя онч громоздки, недостаточно транспортабельны и обладают низким к. п. д. Для откачки незначительно загрязненной воды применяются центробежные, вибрационные, винтовые, диафрагменные и другие насосы.

Анализ и систематизация существующих типов водоподъемников, разработка рекомендаций по выбору насосов, пригодных для использования при гидрогеологических исследованиях, являлись основной целью этой работы. При проведении указанной работы были обобщены и проанализированы следующие материалы:

опыт применения различных водоподъемников в проектно-изыскательских и изыскательских организациях. Наиболее подробные данные получены при обследовании 31 организации, в том числе подведомственных госстро-ям СССР, РСФСР, УССР, БССР, Минэнерго СССР, Мин-

1* (0,25) Зак. 86

меливодхоза РСФСР, Мшшеливодхоза УССР, Минреч-флота РСФСР, Минцветмета СССР, Минмонтажопец-строя СССР и другим;

материалы конструкторских и проектно-конструкторских организаций, паспорта заводов-изготовителей и материалы организаций, распространяющих насосы;

справочно-информационные издания (книги, каталоги, справочники, прейскуранты, проспекты, рекламные материалы и др.) по водоподъемному оборудованию.

Рекомендации распространяются на производство опытных и пробных откачек из скважин глубиной не более 100 м, диаметром не более 300 мм, дебитом до 100 м³/ч и динамическим уровнем до 80 м, а также и из других горных выработок, шурфов, котлованов с .глубиной динамического уровня не более 8 м.

На производство откачек с целью оценки запасов подземных вод и расчеты крупных подземных водозаборов Рекомендации не распространяются.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ВОДОПОДЪЕМНИКОВ

1.1.    Выбор водоподъемников для производства опытных откачек следует производить в комплексе с другим гидрогеологическим оборудованием (фильтрами, контрольно-измерительными приборами, устройствами для отвода воды и др.).

1.2.    При выборе водоподъемника, влияющего на конструкцию скважины, необходимо исходить из целей производства откачек. Основная цель откачек, как правило, состоит в оценке инженерно-гидрогеологической обстановки строительных площадок и прогноза ее изменения в эксплуатационный период. Основными задачами откачек являются:

а)    определение фильтрационных характеристик грунтов оснований для выяснения возможного воздействия грунтовых вод на фундаменты и заглубленные части зданий и сооружений (гидродинамическое, гидростатическое и гидрохимическое воздействие);

б)    оценка возможности подтопления грунтовыми водами промышленных площадок и районов жилой за-

4

стройки, проектирование эксплуатационного дренажа зданий и сооружений;

в) фильтрационные расчеты низко- и средненапорных гидротехнических сооружений на реках и каналах, водохранилищах и бассейнах (водозаборов, насосных станций, водовыпусков, водосборов, перепадов, быстротоков, шлюзов и т. д.);

Таблица 1 Распределение сооружений в зависимости от глубины их заложения н параметров скважин

Для каких сооружений производятся изыскания Глубина скважины, м, ДО Диа метр сква жины, мм Проек тируе мый дебит, М*/Ч Проектируемый динамический уровень воды, м, ДО Тип насосов Сооружения мелкого заложения (трубопроводы различного назначения, автомобильные и железные дороги, аэродромы, линии электропередач, связи, горизонтальный дренаж, ливневая канализация ит. д.) 10 33-127 0,1-10 8 Поверхностные центробежные, винтовые, вибрационные, поршневые, диафрагменные Здания и сооружения гражданских и промышленных предприятий, жилищное и сельскохозяйственное строительство (подземные помещения зданий, низконапорные гидротехнические сооружения, насосные станции, строительное водопонижение неглубоких котлованов и т. д.) 30 108-219 До 50 25 Центробежные погружные, поршневые, вибрационные, эрлифты Сооружения глубокого заложения (средненапорные гидротехнические сооружения, вертикальный гидромелиоративный дренаж, карьеры, различные подземные выработки и т. д.) 100 Более 219 До 100 80 Центробежные погружные, поршневые, эрлифты

2 (0.5) Зак. 86 5

г)    проектирование системы водопонижения строительных котлованов под здания и сооружения, траншей, неглубоких карьеров, шахт, коллекторов, штолен и других подземных выработок;

д)    проектирование горизонтального дренажа орошаемых и осушаемых земель, а также коллекторно-дренажной сети и ливневой канализации.

1.3.    При проведении опытных откачек определяют следующие основные гидрогеологические параметры:

характеристики горных пород (грунтов): проницаемость, коэффициент фильтрации, водоотдача и др.;

характеристики потоков подземных вод: удельный дебит (расход воды при откачке и понижение уровня воды), радиус действия скважины или другой горной выработки и депрессионную кривую уровней (напоров)-подземных вод.

1.4.    Все откачки, производимые водоподъемниками, делятся на прокачки и опытные откачки. Откачки могут быть одиночными и кустовыми (с центральной и наблюдательными скважинами). При инженерно-геологических изысканиях часто появляется необходимость производства откачек из водоемов, шурфов, фильтрационных бассейнов (котлованов) и других гарных выработок с открытой акваторией. Откачкой из одиночной скважины или водоема определяется удельный дебит и зависимость дебита от понижения уровня. Кустовые опытные откачки производятся в более сложных гидрогеологических условиях для определения удельного дебита, коэффициента фильтрации, депрессионной кривой и т. д.

1.5.    Ориентировочное распределение наиболее распространенных при изысканиях сооружений в зависимости от глубин их заложения и параметров скважин и рекомендуемые типы водоподъемников приведены в табл. 1.

2. ПРИНЦИПЫ ПОДБОРА ВОДОПОДЪЕМНИКОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОПЫТНЫХ ОТКАЧЕК

2.1. При выборе типа и марки водоподъемника необходимо учитывать:

предполагаемый дебит скважины или другой горной выработки, статический уровень воды;

глубину динамического уровня воды в скважине при максимальном понижении, количество понижений;

6

конструкцию и размеры скважины, особенно ее конечный диаметр;

режим фильтрации и отбора подземных вод, в условиях которых производится откачка (установившийся, неустановившийся, с постоянными расходом или понижением уровня);

расход откачиваемой воды, продолжительность откачек, их характер (одиночные или кустовые);

территориальные, климатические и производственные условия ведения работ;

физические, химические и биологические свойства откачиваемой воды.

2.2.    Производительность водоподъемников должна приниматься на 5—10% больше предполагаемого дебита при максимальном понижении. Предполагаемый дебит может определяться ориентировочно кратковременной прокачкой при бурении или по аналогу.

2.3.    Необходимый напор водоподъемника (Н) глубинного типа (высота подъема воды) определяется по формуле

Н = $тах + ^А + ^А0 + ^Ate>

где Smai — максимальное понижение уровня воды в скважине;

h—глубина воды до статического уровня; оh — геометрическая высота подъема воды от устья Скважины до сброса; h_w — гидравлические и местные потери водоотводного устройства (напорного трубопровода).

Для насосов поверхностного типа величины S_max, й равны нулю.

2.4.    Габариты погружных насосов и всасывающей части других водоподъемников зависят от диаметра скважины и должны допускать свободный монтаж и демонтаж насоса, а также установку контрольно-измерительной аппаратуры, в частности приборов для замера уровня воды.

2.5.    Режим фильтрационного притока к скважине следует учитывать при выборе водоподъемника, который в ряде случаев должен обеспечивать возможность .регулирования расхода откачиваемой воды и уровня воды в

2' (0,5) Зак. 86

скважине. Например, в случае допустимости откачки способом «на храп» при неустанозившемся -режиме притока грунтовых вод с постоянным во времени динамическим уровнем воды в скважине возможно применение поверхностных центробежных насосоз с ограниченной высотой всасывания.

2.6.    При выборе и использовании того или иного типа и марки водоподъемника необходимо учитывать сроки производства откачек, а также число скважин, так как для производства длительных массовых опытных откачек может оказаться экономически целесообразным применение более эффективных (с лучшим к. п. д., повышенным напором и т. д.), хотя и более дорогих водоподъемников.

2.7.    При наличии большой механической и химической загрязненности откачиваемой воды в случае длительных и многочисленных откачек необходимо применение грязевых насосов или насосов с антикоррозионным покрытием.

2.8.    В программе изыскательских работ, включающей проект организации опытной откачки, целесообразно иметь технико-экономическое обоснование типа, марки и количества водоподъемников с учетом транспортных условий, наличия энергоснабжения и других производственных, территориальных и климатических условий.

2.9.    Эксплуатация водоподьемников при гидрогеологических исследованиях производится в более сложных условиях, чем при стационарной эксплуатации (частый монтаж и демонтаж на временных основаниях, частые переброски водоподъемников с места на место, производство откачки воды без достаточного учета ее физико-механических качеств и т. д.). Основные требования, которые должны предъявляться к водоподъемникам, применяемым для опытных откачек:

при наименьших габаритах и весе водоподъемника получить заданное количество откачиваемой воды;

иметь возможность производить откачку не только чистой воды, но и частично агрессивной и содержащей некоторое количество взвешенных частиц;

осуществлять откачку с разных уровней воды и на разную производительность, регулировать подачу в процессе откачки;

иметь возможность замера уровня воды в скважине во время откачки;

8

простота монтажа, демонтажа и ремонта насоса на месте производства откачек;

иметь достаточно высокую агрегированность, транспортабельность (самоходные, передвижные установки с водоподъемниками и другим оборудованием и приборами);

обеспечивать производство откачки в искривленных скважинах;

иметь возможность замены (особенно для неосвоенных районов) электропривода на двигатель внутреннего сгорания;

иметь достаточную надежность и долговечность.

2.10. Отмечая более тяжелые условия работы насосов при изысканиях по сравнению с их нормальной стационарной эксплуатацией, вместе с тем следует иметь в виду, что специфика производства изыскательских работ (их периодичность, с которой связан частый монтаж и демонтаж водоподъемников) представляет •возможность производить систематический осмотр и ремонт насосов.

3. РЕКОМЕНДУЕМЫЕ ТИПЫ И МАРКИ ВОДОПОДЪЕМНИКОВ

3.1.    В настоящее время отечественная промышленность изготовляет большое количество типов и марок водоподъемного оборудования, которое может быть использовано для производства опытных откачек воды из буровых скважин, шурфов, котлованов и других горных выработок. Следует выделить две основные группы водоподъемников:

поверхностные (горизонтальные) насосы с высотой всасывания до 8 м;

глубинные (вертикальные) насосы, откачивающие .воду с глубины более 8 м.

3.2.    Классификация по производительности водоподъемников предполагает четыре ipynnbi насосов с подачей воды: до 3 м³/ч, от 3 до 16 м³/ч, от 16 до 50 м³/ч и от 50 до 100 м³/ч.

3.3.    При выборе водоподъемника следует учитывать три основные группы скважин диаметром: до 108 мм, от 108 до 219 и более 219 мм.

3.4.    При необходимости повысить дебит или понижение уровня воды во время откачек, в некоторых случаях при достаточном диаметре скважины или шахты возможна комплектация водоподъемника из нескольких

9