Расчёт водопонижения котлована: исходные данные и формулы

Расчёт водопонижения котлована: исходные данные и формулы

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

  1. подбирают насосы с запасом к расчётному притоку и резервом (по СП 45.13330.2017 резерв установок — от 10% при сроке работы до года);
  2. определяют число иглофильтров или скважин и шаг их расстановки;
  3. оценивают время выхода системы на режим;
  4. считают объём сброса и плату за приём воды;
  5. 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.

Вопросы и ответы

Геометрия котлована и водоносных слоёв, уровни и напоры воды, коэффициенты фильтрации, граничные условия питания, требуемые отметки и сроки. Для скважин — данные опытных откачек.
Для безнапорной радиальной фильтрации к совершенному круговому контуру применяют Q = π·K·(H² − h²)/ln(R/r). Это учебная схема, не универсальная формула для слоистого городского котлована.
Единой обязательной величины нет: радиус депрессии увязывают с границами области фильтрации и питания. Эмпирическую оценку Зихардта используют только как ориентир.
В формулу притока при длинах в метрах — в м/сут, тогда Q получится в м³/сут. В оценке Зихардта K берут в м/с; перевод — умножение или деление на 86 400.
Нет, без изысканий возможна только грубая оценка. Коэффициент фильтрации и мощность слоёв меняют приток в разы.

Остались вопросы?

Оставьте заявку на бесплатную консультацию.