Расчёт водопонижения котлована отвечает на три вопроса: сколько воды придётся откачивать, сколько нужно иглофильтров или скважин и как долго система будет выходить на режим. Ошибка в расчёте — это либо затопленный котлован, либо переплата за лишнее оборудование. Разбираем исходные данные, базовые формулы притока и радиуса влияния, корректные единицы измерения и пример расчёта.
Исходные данные для расчёта
- геометрия котлована: размеры в плане, глубина, отметка дна;
- инженерно-геологический разрез: мощность водоносных слоёв, водоупор;
- уровни и напоры подземных вод, их сезонные колебания;
- коэффициенты фильтрации слоёв — по опытным откачкам или лабораторным данным;
- граничные условия: реки, водоёмы, дренажи, соседние подземные сооружения;
- требуемая отметка воды (не менее 0,5 м ниже дна) и сроки её достижения.
Без этих данных расчёт превращается в угадывание — подробнее о том, где их взять, в статье как определить уровень грунтовых вод.
Какими нормами руководствуются
Гидрогеологические расчёты выполняют по СП 250.1325800.2016 (раздел 6), который допускает аналитические расчёты со ссылкой на методы СП 103.13330.2012 и при необходимости — численное моделирование (рекомендуемый шаг сетки у площадки — как правило, не более 5–10 м). Расчёт иглофильтровой системы по п. 7.5.1 СП 250 включает три задачи: число насосных установок, шаг иглофильтров и глубину их погружения.
Формула притока к котловану
Основа — закон ламинарной фильтрации Дарси: v = K·I, где v — скорость фильтрации (м/сут), K — коэффициент фильтрации (м/сут), I — гидравлический градиент (безразмерный).
Для простейшей схемы — установившаяся безнапорная радиальная фильтрация к совершенному круговому контуру — применяют формулу Дюпюи для «большого колодца»:
Q = π·K·(H² − h²) / ln(R / r)
| Обозначение | Что это | Единицы |
|---|---|---|
| Q | приток к котловану | м³/сут |
| K | коэффициент фильтрации | м/сут |
| H | мощность водоносного слоя до понижения | м |
| h | мощность слоя после понижения | м |
| R | радиус влияния (депрессии) | м |
| r | приведённый радиус котлована | м |
Формулой можно пользоваться только при соблюдении её допущений: однородный пласт, установившийся режим, круговой контур питания. Для слоистого городского котлована расчётную схему выбирают по условиям питания и водоносным слоям.
Приведённый радиус и радиус влияния
Приведённый радиус котлована заменяет прямоугольный контур эквивалентным кругом. По СП 103.13330.2012 (прил. А, п. А.7) для вытянутого контура с отношением сторон более 10 или короткой линейной системы (l < 2L) принимают r = 0,25·l. Для длинной линейной системы (l ≥ 2L) приведённый радиус принимают равным нулю, а радиус депрессии — L; подставлять r = 0 в логарифмическую формулу кругового контура нельзя.
Радиус влияния единой обязательной величины не имеет: его увязывают с границами области фильтрации и питания. Часто используют эмпирическую оценку Зихардта R = 3000·S·√K, где S — понижение в метрах, а K — коэффициент фильтрации в м/с (не в м/сут!). Это оценка, которую нельзя подставлять вместо проверки границ питания.
Пример расчёта притока
Условные исходные данные (только для иллюстрации арифметики):
| Параметр | Значение |
|---|---|
| K | 2 м/сут |
| H | 6 м |
| h | 4 м |
| R | 100 м |
| r | 10 м |
Q = π·2·(6² − 4²) / ln(100/10) = π·2·20 / 2,303 ≈ 54,6 м³/сут.
Если коэффициент фильтрации дан в м/с, его сначала переводят в м/сут умножением на 86 400. Пример иллюстрирует порядок вычислений при принятых допущениях и не является расчётом реального объекта.
Что делают с рассчитанным притоком
- подбирают насосы с запасом к расчётному притоку и резервом (по СП 45.13330.2017 резерв установок — от 10% при сроке работы до года);
- определяют число иглофильтров или скважин и шаг их расстановки;
- оценивают время выхода системы на режим;
- считают объём сброса и плату за приём воды;
- после запуска сверяют расчёт с фактическим дебитом и уровнями в наблюдательных скважинах.
Как расчёт превращается в смету — в статье «Стоимость водопонижения».
Водопонижение котлована в Авитек Инжиниринг
Авитек Инжиниринг выполняет водопонижение и осушение котлованов по проектным решениям объекта: проверяем исходные данные расчёта, сверяем расчётный приток с фактическим после запуска и при необходимости корректируем схему — добавляем иглофильтры или насосы.
Итог
- Для расчёта нужны геометрия котлована, разрез, уровни и коэффициенты фильтрации.
- Формула Дюпюи Q = π·K·(H² − h²)/ln(R/r) применима только при соблюдении её допущений.
- В оценке Зихардта R = 3000·S·√K коэффициент фильтрации берут в м/с.
- Расчёт обязательно сверяют с фактическим дебитом после запуска системы.