Забор подземных вод для систем водоснабжения

Забор подземных вод осуществляется путем устройства ключевых, шахтных или буровых (трубчатых) колодцев.

Достигнув водонепроницаемого слоя грунта, вода собирает­ся там и в зависимости от накопившегося количества начинает искать выход, а найдя его, стекает в более низкие места, обра­зуя так называемые ключи. Иногда вода скапливается между двумя водонепроницаемыми пластами, из которых один нахо­дится внизу, а второй вверху В таких пластах вода сильно сжата и находится под некоторым давлением. Такая сжатая вода нахо­дит выход чаще всего в виде отдельных струек.

Если вода выходит на поверхность земли на ровном низком месте, но под некоторым напором, то это так называемые вос­ходящие ключи, а если вода сливается в сторону оврага или об­рыва и стекает вниз, то это так называемые нисходящие ключи.

Когда вода очень сильно сжата между двумя водонепрони­цаемыми слоями и при бурении в таком месте скважины вода с силой поднимается вверх и бьет фонтаном, такая струя воды называется артезианской.

Количество воды в артезианских колодцах всегда находится на одном уровне и не зависит от погодных условий. Такая вода практически имеется везде, но на разной глубине и не всегда может быть хорошего качества. Как правило температура арте­зианской воды не зависит от времени года и составляет 7-12° С. Из восходящих и нисходящих ключей воду можно брать весьма просто. Артезианскую скважину как правило при­ходится бурить на достаточно большую глубину, для чего необ­ходимо специальное буровое оборудование. Но вода может на­ходиться и на небольшой глубине, в этом случае получить ее можно путем строительства шахтных колодцев.

Ключевые колодцы

Ключевые колодцы наиболее просты по конструкции и не требуют большого количества строительных материалов и тру­довых затрат.

Камеры для сбора и накопления воды родников (ключей) (каптажные камеры) можно соорудить из простых материалов (камней, валунов, деревянных деталей и т. д.) В зависимости от типа ключей различают восходящие и нисходящие ключевые колодцы.

1. Восходящий ключевой колодец представлен на рис. 1 а. Рекомендуется следующий порядок строительства колодца. Намечается место для колодца, расчищается и углубляется вы­бранное место. В полученное углубление ставят заранее приго­товленный деревянный сруб, бочку без дна, бетонное кольцо или прочный деревянный ящик. Стенки углубления можно вы­ложить камнем или кирпичом.

Зазоры между стенками сруба (бетонного кольца, ящика и т. д.) и грунтом заполняют жирной тщательно размешанной глиной, которую затем тщательно уплотняют. Вокруг сруба со­здается так называемый «глиняный замок», который препятст­вует всасыванию почвой воды из резервуара.

Дно колодца засыпают гравием или щебнем. Толщина слоя не более 20 см. Вместо гравия или щебня можно использовать крупный мытый речной песок.

При устройстве восходящего ключевого колодца необходи­мо предусмотреть следующее: край сруба (бетонного кольца, ящика, бочки), а проще резервуара обязательно должен нахо­диться ниже того уровня воды, которую может поднять ключ. Сам резервуар может иметь гораздо большую высоту возмож­ного подъема в нем воды ключом, но тогда в резервуаре следует прорезать сливное отверстие такого размера, чтобы ключевая вода не поднималась выше этого отверстия и вытекала из резер­вуара по переливной трубе.

Если не выполнить это условие, то со временем под влияни­ем массы воды и ее давления вода может найти выход в другом месте на поверхности земли, сливая туда свои излишки, или полностью уйдет из резервуара. В результате можно ли­шиться ключевой воды — самой вкусной, полезной и чистой.

Чтобы не загрязнять, хотя и проточную, воду посудой, в резервуаре устраивают лоток, по которому будет стекать выливаемая из резервуара вода, которую и набирают в любую тару.

Сверху резервуар накрывают плотной крышкой, препятст­вующей попаданию в колодец листьев, пыли, насекомых и т. д. Вокруг колодца устраивают отмостку, благодаря которой атмо­сферная вода стекает в сторону и не попадает в резервуар. От- мостка делается из толстого слоя жирной мятой глины, а свер­ху покрыта цементными плитами, кирпичом, камнем, бетоном или асфальтом. Желательно устроить вокруг колодца огражде­ние. Ограждение предохраняет колодец от приближения к нему животных.

Вытекающая из колодца вода должна отводиться как можно дальше от него. Для этого роют канавку такой глубины, чтобы вода не выливалась через ее края и не насыщала грунт. Дно и стенки канавки рекомендуется выложить утрамбованным слоем глины, которая препятствует проникновению сливаемой воды в грунт. Чтобы глина не размывалась водой, ее надо обло­жить камнем-плитняком.

2. Нисходящий ключевой колодец представлен на рис.1 6. Резервуар может быть изготовлен из любых подручных матери­алов, но обязательно с деревянным, бетонным, кирпичным или каменным дном. Вода ключа по водоносному слою поступает в резервуар через боковую стенку. Она может нести с собой ча­стицы ила, грунта и других нежелательных предметов.

Для фильтрации грунтовой воды поперек водоносного слоя засыпают слой щебня или гравия, которые можно заме­нить крупным промытым речным песком. Кроме этого при­емный резервуар надо перегородить на две части. Перегород­ку делают из любых материалов и ставят поперек потока воды. Таким образом получается два отделения. Вода через гравий­ный фильтр и отверстия в стенке резервуара поступает в пер­вое (приемное) отделение, отстаивается здесь и в чистом виде переливается через верх перегородки во второе отделение, из которого по сливному отверстию выливается по перелив­ной трубе в сливную канавку и отводится как можно дальше от колодца.

Рис. 1. Пример конструкции ключевых колодцев: а — восходящего родника;  б — нисходящего родника; 1 — плита перекрытия; 2 — гидроизоляция; 3 — ходовые скобы; 4 — кирпичная кладка; 5 — вен­тиляционный стояк; 6 — пере­ливная труба; 7 — водозаборная труба; 8 — вентиль; 9 — фильтр; 10 - обратный гравийный фильтр; 11 — бетонное кольцо; 12 — глиняный замок; 13 — слив­ная воронка с пробкой на цепи; 14 - водоносный слой; 15 — гра­вийный фильтр; 16 - дренажная стенка; 17 — водоотводная кана­ва; 18 — открылки.

Для зашиты от мусора и пыли верх резервуара закрывают плотной крышкой.

Для механизированной откачки воды из резервуаров ключе­вых колодцев служат водозаборные трубопроводы с фильтрами на концах.

Ключевые колодцы самые простые и дешевые по устройст­ву, но они устраиваются только в местах выхода наружу грунто­вых вод (на ключах), которые, как правило, довольно редки и удалены от жилых домов.

Поэтому около дома для получения питьевой воды из неглу­боко залегающих водоносных слоев или пластов грунта устраи­вают шахтные или буровые (трубчатые) колодцы.

Шахтные колодцы

Шахтными колодцами называют потому, что для подъема воды из таких колодцев устраивают шахтные стволы из дерева, железобетона, камня и других конструкционных материалов. Шахтные колодцы обычно применяют при неглубоком залега­нии подземного водоносного горизонта до 20—30 м. Но возмож­но и более глубокое залегание водоносного горизонта — до 100 м. Колодцы могут быть круглого или прямоугольного сечения.

Шахтный колодец состоит из оголовка (верхней части), ствола, водоприемной части, находящейся непосредственно в водоносном слое и зумпфа (нижней части ствола, служащего для создания и хранения требуемого запаса воды).

В зависимости от материалов, применяемых для устройства ствола, колодцы бывают деревянными, бетонными, кирпичны­ми, каменными и т. д. На рис. 2 и 4 представлены конструк­ции деревянного шахтного колодца, на рис. 3 — колодец из кирпича или железобетона.

Рис. 2. Устройство шахтного колодца с деревянным срубом, оборудованного вибрационным насосом: 1 — шланг; 2 — вибрационный насос; 3 — песок; 4 — щебенка; 5 — коробка; 6 — сруб деревянный; 7 — глиняный замок; 8 — отмостка; 9 — будка; 10 — вен­тиляционный стояк; 11 — ввод электросети; 12 - застекленное окно; 13 — из­лив с краном; 14 — крышка; 15 — запорный вентиль; 16 — подземный трубо­провод; 17 — дренажное (сливное) отверстие диаметром 2—4 мм

Оголовок — наземная часть шахтного колодца, защищает ко­лодец от попадания в воду различных предметов: пыли, атмо­сферных осадков, случайных животных и грызунов и т. д. Зи­мой он предохраняет колодец от промерзания и обледенения. Сверху оголовок закрывается крышкой из водонепроницаемого материала. Крышка должна плотно закрывать колодец но в то же время легко подниматься, выдвигаться или повора­чиваться, открывая доступ к воде.

Ствол — это открытое, строго вертикальное пространство т. е. шахта на всю глубину колодца. Чтобы грунт не осыпался со стенок шахты и прочно держался на них, его укрепляют дере­вянными стенками, которые называются срубом.

Сруб состоит из венцов, срубленных из плотной древесины. Для облегчения последующего сбора венца в колодце бревна или пластины венца соответственно помечают. Первым делают самый нижний венец, за ним второй, третий и т. д. Бревна и пластины должны быть тщательно подогнаны друг к другу, для того, чтобы между ними не могла просачиваться вода-вер- ховодка и различные загрязнения.

Вместо деревянного сруба можно применить бетонные коль­ца, каменную или кирпичную кладку или монолитный железобе­тон. Независимо от применяемого материала сруб или другие материалы в стволе колодца должны быть уложены как можно плотнее, чтобы исключить попадание в колодец верховодки и разжиженной водой почвы.

Лучшей считается круглая форма ствола, но чаще его делают квадратной и реже прямоугольной или многогранной формы.

Рис. 3. Устройство шахтного колодца из кирпича (природного камня) или бетона с рунным насосом: 1 - песок; 2 — щебенка; 3 — тяж; 4 — рычаг; 5 — будка; 6 — вентиляционный стояк; 7 — глиняный замок; 8 — излив с краном; 9 — запорный вентиль; 10 — подземный трубопровод; 11 — дренажное (сливное) отверстие диаметром 2-4 мм; 12 — насос БКФ; 13 — бетон или кирпичная кладка; 14 — водозабор­ный фильтр

Водоприемная часть — это нижняя часть ствола, в котором собирается и хранится вода. В зависимости от требуемого коли­чества воды, водоприемную часть колодца выполняют разной глубины (высоты). Обычно выбирают высоту водоприемной части до 2 м, т. к. большая высота требует большего расхода ма­териалов. Эту часть колодца выполняют из самого прочного материала, способного выдержать длительную эксплуатацию в тяжелых климатических условиях.

Зумпф — это нижняя часть водоприемного ствола. Он пред­назначен для сбора необходимого количества воды при недо­статочной производительности водоносного слоя. В силу этого зумпф обязательно заглубляют ниже водоносного слоя и увели­чивают водоприемную часть сруба, устроив ее в виде шатра (рис. 4).

Рис. 4. Деревянный шахтный колодец: 1 — донный фильтр; 2 — венцы из бревен или пластин; 3 — слой утрамбован­ной глины; 4 — отмостка (слой щебня, кирпича); 5 — крышка оголовка; 6 — во­доносный слой; 7 — водоупорный слой

Буровые и трубчатые колодцы. Скважины

Буровыми колодцы называют потому, что они выполняются методом бурения скважины с последующей установкой в пробу­ренной скважине стальных труб для откачки из водоносного го­ризонта воды. В нижней части трубы, находящейся в водонос­ном слое, должен быть установлен фильтр, необходимый для фильтрации поступающей из водоносного слоя в трубу воды.

Бурение скважины выполняют с помощью бура или специ­ального бурового инструмента. Буровой инструмент имеет разные названия, диаметр и массу. Применяют его для бурения различных пород путем вращения или долбления, т. е. нанесе­ния по породе сильных ударов инструментом, насажанным на штангу (рис. 5).

Рис. 5. Инструменты для бурения: а — буровая ложка; б — буровая ложка со змеевиком на конце; в — змеевик; г — долота; д — пирамидальное долото; е — желонка

Все виды бурового инструмента имеют коническую резьбу, с помощью которой инструмент ввертывается на штангу. Буро­вой инструмент изготавливается из высококачественных сор­тов стали и подвергается термической обработке.

Буровые ложки применяют для бурения скважин преимуще­ственно в устойчивых легких породах: чистых, влажных песках, глинистых песках, песках с мелким гравием, суглинках и песча­нистых глинах.

Ложки изготавливают из листовой стали или стальных труб с обязательной термообработкой. Корпуса ложек изготавлива­ют диаметром 70, 102, 140, 198 мм и длиной 700—750 мм. Эти ложки предназначены для обсадных труб с внутренним диаме­тром 78,115, 155 и 205 мм. В основном используют ложки с лез­вием  змеевиком. При работе ложки с лезвием и двумя заост­ренными резцами требуется нажим определенной силы, чтобы она врезалась в породу и срезала ее. Ложка со змеевиком на конце облегчает бурение, так как нажимать на нее во время ра­боты почти не требуется, поскольку змеевик ввертывается в грунт и тянет за собой ложку..

Змеевик (спиральный бур) применяют для бурения скважин в глинах и суглинках с содержанием некоторого количества гравия. Он состоит из головки с конусообразной резьбой и не­скольких спиральных витков, оканчивающихся в нижней час­ти лезвием. Шаг спирали принимают, как правило, равным ди­аметру змеевика. Изготавливают из полосовой стали нужной марки и вязкости. Закаливают змеевик на высоту спирали. Пе­рекаленный металл не пригоден; так как при бурении он мо­жет сломаться и удалить его из скважины практически не воз­можно.

Змеевик должен быть цельнокованым, сварные змеевики не допускаются, так как по месту сварки может произойти излом. Змеевики бывают диаметром 70,104,140 мм, длиной соответст­венно 650, 700, 820 мм.

Долота применяют для ударного бурения. Они подразделя­ются на зубильные, пирамидальные, плоские, крестовые и др. Долота состоят из лопасти, шейки, конусной резьбы. Нижняя кромка является режущей поверхностью. Выковывают долота из цельного куска стали с последующим закаливанием. Во вре­мя работы для округления ствола скважины долото после каж­дого удара поворачивают на угол 15—20°.

Зубильное долото имеет нижнее основание размером 45,60, 75, 85 мм, длину лезвия 258, 260, 290 мм.

Желонки бывают простые и поршневые. Желонки служат для извлечения из скважины пробуренной ударным способом породы, а также для бурения сыпучих и рыхлых пород. Корпус желонки изготовляют из трубы длиной 2—3 м. Вверху имеется резьба для крепления к штанге или серьга для крепления к ка­нату, внизу — стальной башмак с клапаном. Нижнюю часть башмака делают острой, диаметром на 4—8 мм больше наруж­ного диаметра корпуса желонки.

Желонки бывают с наружным диаметром корпуса 89, 95, 127, 168, 219 мм и соответственно массой 25, 30, 47, 64, % кг. Они предназначены для работы в обсадных трубах с внутрен­ним диаметром 104, 115, 155, 205, 225 мм.

Простая желонка имеет клапан в виде стального диска или шарика. Диск крепится шарнирно с одной стороны к своему седлу с отверстием, на которое он опускается. Если клапаном служит шарик, то он перекрывается ограничите­лем, не позволяющим уйти ему вместе с породой. При ударе о породу желонка внедряется в породу, порода при этом под­нимает клапан своей тяжестью и давлением на него породы закрывается; желонка заполняется породой. Поднятая на­верх желонка с породой освобождается от нее путем опроки­дывания желонки.

Поршневая желонка в изготовлении сложнее, но она дает за­мечательные результаты при работе в разжиженных водой по­родах. При этом поршень устанавливается внутри желонки и управляется с помощью штанги.

Указанная выше длина бурового инструмента необходима потому, что в процессе работы бурение чередуется с извлече­нием инструмента из скважины, очисткой его от породы, об­ратной вставкой его в скважину, после чего цикл работы по­вторяется.

Выемка инструмента отнимает очень много времени. При коротком инструменте производительность труда сильно падает. Но сверхдлинный инструмент также малопригоден, по­скольку заполненный породой окажется очень тяжелым и по­требует больших усилий для выемки его из скважины.

В процессе бурения рыхлые грунты обваливаются и засоря­ют скважину. Чтобы избежать этого, в пробуриваемую скважи­ну вставляют обсадную трубу. Диаметр обсадной трубы должен быть таким, чтобы в нее свободно входил буровой инструмент. По мере бурения скважины обсадная труба опускается. При по­ворачивании обсадной трубы ее нагружают балластом, с тем чтобы осадить обсадную трубу в грунт. Обсадные трубы по мере бурения удлиняют путем наращивания с помощью резьбовых соединений. Поэтому, чтобы избежать развинчивание обсад­ных труб в скважине, вращать обсадные трубы как при их спуске в скважину так и при подъеме, нужно только в одну сторону (в сторону завинчива­ния).

Буровая скважина должна быть строго вертикальной. В силу этого и бур должен на­ходится строго в вер­тикальном положении. Для этого необходимо выполнить следующее:

• Перед бурением кладут и прочно кре­пят к земле толстую доску с отверстием, со­ответствующим диаме­тру обсадной трубы. Доску крепят к земле с помощью длинных прочных кольев.
• Над доской ус­танавливают треногу из толстых жердей или бревен с прикреплен­ным к ее вершине бло­ком (рис.6)

 

Рис. 6. Оборудование для бурения скважин: а — оборудование для бурения скважины; б — поворотный хомут: 1 — водоносный слой; 2 — змеевик; 3 — буровая колонка; 4 — ворот; 5 — тренога; 6 — стяжная шпилька; 7 — блок; 8 — вертлюг; 9 — вороток; 10 — оголовок; 11 — деревянный щит; 12 — башмак зубчатый; 13 — хомут деревянный; 14 — муфта ударная; 15 — стяжная шпилька; 16 — обсадная труба

Бур устанавлива­ют в отверстие в доске, выравнивают по отвесу и делают забур в грунт на длину применяемо­го инструмента. Затем бур вынимают из сква­жины, очищают от вы нутого грунта. В образовавшуюся скважину вставляют обсадную трубу и ввинчивают ее в грунт путем вращения под балластом. Затем внутрь обсадной трубы вставляют бур, который подвеши­вают на канате, перекинутый через блок треноги.

• Бур вращают с помощью рычага или ключа и тем самым углубляются в грунт на длину применяемого бурового инстру­мента.
• Бурение продолжают до тех пор, пока бур не дойдет до водоносного слоя. По мере углубления бура в грунт, обсадную трубу и стержень бура наращивают новыми звеньями с помо­щью муфт с резьбой. Плотные и каменистые грунты разрабаты­ваются ударным способом с помощью зубильных долот.

Для нормальной работы скважины, следует правильно уста­новить в ней фильтр. Фильтры (рис.7) обязательно должны быть в буровых колодцах и служат для фильтрации воды, посту­пающей к насосу. В такой воде нет мельчайших песчинок и му­ти. Это в первую очередь повышает качество воды, во вторую очередь удлиняет срок службы насосов, перекачивающих воду из скважины.

 

Рис. 7. Фильтры: а — фильтр с проволочной обмоткой: 1 — труба; 2 — проволочная обмотка; 3 — стальные прутки (опорная проволока); 4 — отверстия; б — фильтр сетча­тый: 1 — наконечник; 2 — труба; 3 — сетка; 4 - проволочная обмотка; 5 — от­верстия — перфорация; в — фильтр гравийный: 1 — сетка; 2 — гравий

Наибольшее распространение получили следующие конструк­ции фильтров:

• Дырчатый фильтр без сетки — это стальная перфориро­ванная труба с просверленными в шахматном порядке круглы­ми отверстиями диаметром 1—20 мм. Число отверстий должно быть таким, чтобы их общая площадь составляла примерно 20—25% общей поверхности трубы. Такой фильтр устанавлива­ют в водоприемной части скважины в неустойчивых скальных породах или крупноблочных рыхлых породах.
• Стальной щелевой фильтр представляет собой стальную трубу, на которой в шахматном порядке фрезеруют узкие пря­моугольные щели размером 1,5—3x25—100 мм.
• Для улучшения фильтрации перфорированные дырчатые или щелевые фильтры обматывают сверху проволокой. При этом на поверхности трубы по ее длине приваривают через 20—30 мм стальную проволоку диаметром 3—4 мм; на которую затем вплотную друг к другу навивают стальную оцинкованную или медную проволоку диаметром 1,5—2 мм на всю длину пер­форированной трубы.
• Широко применяются сетчатые фильтры (рис. 7 6) для улавливания песков и взвесей в воде. Сетка, применяемая для сетчатых фильтров, изготавливается из медной или латунной проволоки и имеет отверстия диаметром от 0,1 до 0,5 мм. Чем меньше отверстия сетки, тем чище получается отфильтрован­ная вода. На перфорированную трубу вначале наматывается опорная проволока диаметром 2,5—3 мм с шагом навивки 15—30 мм. Опорная проволока приваривается или припаивает­ся к трубе во многих местах. Сетку закрепляют сверху опорной проволоки и припаивают к проволоке по всей длине опорной проволоки. Этим добиваются необходимой прочности закреп­ления сетки на перфорированной трубе.

Гравийные фильтры (рис.7 в) бывают нескольких типов. Самый простой: гравий засыпают в скважину после ее устрой­ства. Но в начале в скважину опускают дырчатую трубу или сет­чатый фильтр, который по мере подъема обсадных труб обсы­пают гравием. Его зерна должны быть в 10—20 раз крупнее диаметра песчинок водоносного слоя. Фильтр закрепляют на конце водоподъемной трубы и опускают в заранее пробурен­ную и предварительно очищенную скважину. Опустив фильтр, его обнажают, поднимая обсадные трубы на высоту фильтра.

После пробного откачивания воды из скважины и получения удовлетворительной степени фильтрации обсадные трубы мож­но вытащить из скважины; а скважину передать в эксплуатацию.

В сравнении с шахтными колодцами буровые колодцы облада­ют рядом преимуществ:

• буровые колодцы гигиеничнее других, так как вода попадает в них не сразу, а предварительно очистившись, пройдя через различные слои почвы и фильтр тонкой очистки, смонтирован­ный на конце водоподъемных труб;
• буровые колодцы менее трудоемки в строительстве. Пробу­рить скважину глубиной до 30 м, смонтировать водоподъемник трубы с фильтром и сдать скважину в эксплуатацию возможно за 1—2 дня. На устройство шахтного колодца такой глубины требуется 30—60 дней;
• по стоимости буровые колодцы в 4—5 раз дешевле шахтных.

Добавить комментарий

Имя

E-Mail

Подписаться на уведомления о новых комментариях

Обновить

Отправить

Отменить