Шахтные колодцы

Простейшим сооружением для получения подземных вод является шахтный колодец.

Устраивая колодец, не следует, по возможности, использовать близкую от поверхности земли почвенную воду (так называемую верховодку), так как она сравнительно легко загрязняется и может явиться причиной различных заболеваний. Предпочтительней использовать более глубокую воду из водоносного слоя, покрытого сверху водонепроницаемым слоем (глины или суглинка), предохраняющим подземный поток от загрязнений. Колодцы устраивают для добывания подземных вод с глубины до 20-40 м.

При выборе места для колодца следует соблюдать такие правила:

1) колодцы надо устраивать вдали от таких источников загрязнения, как скотные дворы, свинарники, конюшни, бани и т. д., и не ближе, чем 15-25 м. от жилых и хозяйственных построек;

2) колодец должен быть расположен на возвышенном месте, чтобы обеспечить свободный сток воды;

3) на склонах оврагов шахтные колодцы не следует устраивать вследствие возможного понижения уровня подземных вод (в засушливые годы в колодцах может не оказаться воды).

Каждый колодец представляет собой шахту, квадратной или круглой формы, которая нижней частью врезается в водоносный слой (горизонт). Диаметр шахтного колодца обычно бывает 1-1,5 м., а в некоторых случаях его увеличивают до 2-2,5 м. Стенки колодца крепят деревянным срубом, железобетонными кольцами, камнем или кирпичом.

Чем глубже будет входить колодец в водоносный горизонт, тем с большим напором будет пополняться выбираемая из него вода. Поэтому, чтобы обеспечить достаточный приток и создать необходимый запас воды, колодец должен быть углублен в водоносный горизонт не менее как на 1,5-2 м. (рис. 1). Для создания нужного запаса воды, в водоносных горизонтах глубиной менее 1 м. проходят шахтой весь водоносный слой и дополнительно устраивают углубление (зумф) в нижерасположенном водоупорном слое, если толщина слоя позволяет сделать это углубление.

Рис. 1. А) Шахтный колодец из бутового камня толщиной 30-40 см.: 1. Опорное кольцо. 2. Песок. 3. Распределительное кольцо из углового железа 50×50×5 мм, 4. Настил из досок толщ. 5 см. 5. Брусок 100×100 мм. 6. Вентиляционная труба. 7. Анкер диам. 20-30 мм. 8. Ходовые скобы. 9. Стена из бутового камня. 10. Штукатурка цементным раствором 1:2. 11. Настил из досок. Б) Шахтный колодец из кирпича на цементном растворе. В) Шахтный колодец из железобетонных колец

В случаях, когда приток воды из водоносного горизонта слаб, а необходимо иметь большой запас на случай усиленного водоразбора, колодец роют с таким расчетом, чтобы нижняя часть была более широкой. По окончании рытья на дне колодца устраивают деревянный шатер, а уширенную часть над шатром после спуска сруба заполняют грунтом (рис. 2).

Рис. 2. А) Проходка колодца шатром. Б) Устройство нижней части колодца: 1. Крупный хрящеватый песок. 2. Гравий

При рытье колодца откачку воды производят бадьями или насосом. Применение насоса для откачки воды значительно облегчает работу, позволяет углубиться в водоносный горизонт и тем самым увеличить дебит и запас воды в колодце.

Крепить стены колодца надо прочно, строго по отвесу, причем части сруба должны быть хорошо пригнаны друг к другу для того, чтобы выдержать давление грунта. Между срубом и стенками колодца нельзя оставлять пустот. Сруб колодца обязательно выводят выше поверхности земли на 0,7-0,8 м.; сверху колодец прикрывают плотной, непроницаемой крышкой.

По окончании рытья на дне колодца надо устроить фильтр, чтобы предотвратить вынос частиц грунта из водоносного пласта. Фильтр состоит из отдельных слоев песка и гравия, толщиной каждый 0,2-0,4 м. Зерна песка и гравия каждого вышележащего слоя должны быть в 2-4 раза крупнее нижележащего. Таких слоев укладывают два-три, причем верхний слой состоит из гальки крупностью 10-15 мм. В том случае, если вода поступает из плывунов, делают дощатое дно с просверленными отверстиями, причем фильтр из песка и гравия устраивают поверх дощатого дна.

Чтобы предохранить колодец от заиливания со стороны стен (что обычно ведет к уменьшению дебита), рекомендуется применять гравитационный фильтр конструкции ВНИИГИМа. Это - лучший фильтр, вполне оправдавший себя на практике; он надежно защищает от заноса водоносного грунта в колодец со стороны стен. Силой, противодействующей выносу водоносного грунта в колодец вместе с водой, является сила веса грунта, помещаемого в щели сруба (фильтра).

Колодезный гравитационный фильтр делают из бревен. Для этого в одном бревне вырубают треугольный гребень, а в другом - паз, похожий по внешнему виду на трапецию. Звенья опираются друг на друга только в углах; концы бревен ложатся на оставленные опорные площадки. Между гребнем и пазом; при этом остается промежуток в виде продольной щели V-образной формы, шириной 3 см. Углы венцов фильтра соединяют в косую лапу. В нижней части фильтра прикрепляют нож, облегчающий проходку грунта спускным способом. Когда фильтр собран, засыпают щели. Половину щели (через выходные отверстия в сторону колодца) засыпают мелким гравием, а другую половину (через наружные отверстия) - крупным или среднезернистым песком. При значительной длине фильтра, опускают его секциями (отдельными частями), длиной 1,5-2 м. (рис. 3).

Рис. 3. Колодезный гравитационный фильтр с V-образными отверстиями бревенчатой конструкции

Помимо бревенчатого гравитационного фильтра, можно применять бетонные и железобетонные гравитационные фильтры. Железобетонный гравитационный фильтр собирают из невысоких колец двух типов: одни кольца имеют треугольные пазы, а другие - гребни. Бетонный гравитационный фильтр состоит из колец с отверстиями V-образной формы, которые выполняются при изготовлении кольца.

Вокруг колодца необходимо устроить "замок" из глины с целью предохранить колодец от просачивания загрязненных поверхностных вод. Для этого вокруг колодца роют котлован шириной 0,75-1 м. и глубиной 1-2 м.; котлован засыпают жирной глиной и плотно утрамбовывают небольшими слоями. Вокруг колодца устраивают повышенную площадку с уклоном от колодца. Площадку эту замащивают булыжным камнем или щебнем. Для стока воды от колодца делают отводную канаву. Верхнюю часть колодца выводят над землей на высоту 0,7 м. Для предохранения колодца от загрязнения его закрывают деревянными откидными щитами (крышками) или устраивают над ним закрытую будку.

Для проветривания внутреннего пространства колодца выводят наружу вентиляционную трубу.

В табл. 1 и 2 (на стр. 10) приведен расход материалов для устройства кирпичных и бутовых колодцев.

Табл. 1. Расход материалов для кирпичного шахтного колодца диам. 1,5 м

Табл. 2. Расход материалов для шахтного колодца из бута диам. 1,5 м

Шахтные водосборы. Если необходимый расход воды не может быть обеспечен путем использования одного колодца, устраивают шахтные водосборы из нескольких колодцев.

Данные для расположения колодцев в плане и их взаимное расстояние должны быть установлены в результате гидрогеологических исследований.

Сбор воды из нескольких колодцев осуществляется одним из следующих способов:

1. При глубине динамического уровня не более 4-5 м. сбор воды из отдельных колодцев можно производить самотечными трубами, уложенными ниже динамического уровня.

2. Воду из нескольких шахтных колодцев выкачивают одним насосом через всасывающие разветвления (линии) и подают далее в сеть (рис. 4).

Рис. 4. Шахтный водосбор: 1. Шахтные водосборные колодцы. 2. Всасывающие линии. 3. Насос. 4. Воздушный колпак. 5. Направляющий механизм-балансир. 6. Крышки колодцев. 7. Вентиляционные трубы. 8. Задвижки

3. Параллельно линии колодцев прокладывают сифон, от которого отделяются разветвления к сборному колодцу. При этом наивысшая точка сифонной линии не должна располагаться более чем на 6-7 м. над самым низким уровнем воды в колодце.

Зарядку сифонной линии (отсасывание воздуха) производят при помощи вакуум-насоса.

Вакуум-колодцы устраивают для увеличения дебита шахтного колодца в водоносных пластах с слабой водоотдачей. Известно, что с увеличением диаметра колодца его дебит увеличивается незначительно. Поэтому повышение дебита надо осуществлять не путем увеличения размеров шахты, а путем повышения водоотдачи. Для этой цели наивысший уровень воды обычного шахтного колодца перекрывают дощатым настилом с герметическим глиняным перекрытием, толщиной 0,75-0,9 м. Сквозь перекрытие пропускают всасывающую трубу с соблюдением герметичности. При работе насоса и выкачивании воды из такого колодца образуется вакуум, вследствие чего колодец более интенсивно заполняется водой из водоносного пласта. Вакуум-колодцы могут повысить дебит шахтного колодца в 2-3 раза.