(Microsoft Word - Wyk\263ad 3_Podstawy wod-kan_sem5

Wykład 3 Podstawy wod-kan_sem.5 N Strona 1 z 5

Uj cia zatokowe

rys 1, 2

Stosuje si je, gdy wydajno wodoci gu q

≤≤≤≤ 200 dm

/s, Na rzekach o wi kszej

pr dko ci ponad 0,3 m/s, w których w okresie zimowym, zanim na rzece powstanie

zwarta pokrywa lodowa, tworzy si ry i lód denny, oraz na rzekach nios cych du a

ilo mineralnych i zawiesin ziarnistych, które zasypuj czerni . Zatoki mog by

wysuni te z brzegu

rys. nr 1 a, b

lub zrównane z brzegiem

rys. nr

1 e

Zatoki

wysuni te poza brzeg rzeki zw aj jej koryto. W ten sposób zwi ksza si pr dko

przepływu i tworz si wiry zmieniaj ce naturalny przepływ rzeki. Wej cie do zatoki

wykonuje si pod pr d lub z pr dem

rys. nr

1 a, b

. Przy zatoce usytuowanej pod pr d

zanieczyszczenia powierzchniowe niesione górnymi pr dami b d wpływały do zatoki

(linie ci głe), natomiast pr dy denne b d omijały (linie przerywane). Przy zatokach

usytuowanych z pr dem, pr dy górne b d omijały wej cie, natomiast pr dy dolne b d

zamulały zatok , zasypuj c przede wszystkim wej cie do zatoki. Mo na temu zapobiec

przez wykonanie obustronnego wej cia, lokalizuj c uj cie wody w rodku przy

przegrodzie

rys. nr

1 g

Sposób ten jest kosztowny. Ponadto usytuowanie zatoki mo e

by równoległe do kierunku przepływu w rzece lub pod katem

rys. nr

1 h, i

W zatoce, przy zmniejszonej pr dko ci przepływu, zawiesiny opadaj na dno, natomiast

na powierzchnie wypływa ry , tworz c przy dalszym zamarzaniu pokryw lodowa.

Uj cie składa si z zatoki i umieszczonej w niej czerpni umieszczonej po przeciwległej

stronie do wlotu. Najcz ciej czerpni typu brzegowego lub czerpni nurtowej oddalonej

od brzegu. Pr dko przepływu w kanale wlotowym nie powinna przekracza

0,2 m/s i

nie powinna by wi ksza ni

25% pr dko ci wody w rzece. Ta pr dko zabezpiecza

zatok przed wpływaniem do niej ci szych zanieczyszcze niesionych z

pr dem(utrudnia). Gł boko zatoki odpowiada gł boko ci rzeki zwi kszonej o

0,5÷1,0

m na gromadzenie osiadaj cych zawiesin i piasku. Pr dko wody w zatoce powinna

wynosi

0,05÷0,1 m/s i nie powinna by wi ksza od pr dko ci wody w rzece, w okresie

tworzenia si ry u. Okna wlotowe powinny by umieszczone tak, aby dolna kraw d

otworu znajdowała si , co najmniej

0,5 m nad dnem, a górna kraw d 0,2÷0,3 m

poni ej dolnej powierzchni pokrywy lodowej (grubo pokrywy nale y przyj o

1/3

wi ksz od maksymalnej grubo ci lodu w rzece). Szeroko zatoki jest proporcjonalna

do wymaganej pojemno ci oraz utrzymania redniej pr dko ci wody w zatoce.

Szeroko zatoki powinna uwzgl dnia gabaryty sprz tu słu cego do czyszczenia

zatoki (

2x do roku). Wlot do zatoki powinien posiada zamkni cia, słu ce do

zamkni cia zatoki. Pojemno zatoki powinna uwzgl dnia czas zatrzymania w niej

wody na okres

0,5÷4,0 h przy stanie powodziowym. Korona obwałowania zatoki

powinna by wyprowadzona ponad poziom wody 100 letniej katastrofalnej o

1,0 m.

Skarpy powinny by wzmocnione brukiem, trylink z otworami, lub dyblami uło onymi

na warstwie filtracyjnej. Niekiedy zamiast zatoki lub równolegle z ni budowane s

zbiorniki gł boko ci

3÷5 m, o pojemno ci kilku- lub kilkunastu dniowemu

maksymalnemu zapotrzebowaniu na wod (zasilenie wodoci gu w czasie trwania

wysokich stanów wody).

Uj cie nurtowe

Stosowane, gdy wydajno wodoci gu q

≤ 200 dm

/s i gł boko przy zmiennym

poziomie wody przy brzegu jest mała. Uj cie składa si z nast puj cych podstawowych

cz ci:

Wykład 3 Podstawy wod-kan_sem.5 N Strona 2 z 5

z czerpni wody zało onej w nurcie rzeki (gł boko rzeki w miejscu zało enia

czerpni powinna by >

2,50 m)

doprowadzenia wody do studni zbiorczej ruroci gami dosyłowymi najcz ciej

grawitacyjnymi lub za pomoc lewara .

studni zbiorczej zbudowanej na brzegu.

komory czerpnej i stacji pomp (rozwi zanie podobne jak przy uj ciach w/w

Schematy uj

rys nr 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14

Woda przez wlot umieszczony w nurcie rzeki dopływa grawitacyjnym ruroci giem

dosyłowym lub lewarem do studni zbiorczej umieszczonej na brzegu sk d przepływa do

komory czerpnej a nast pnie jest zasysana przewodami ssawnymi pomp i przetłaczana

do nast pnych elementów wodoci gu np. do stacji uzdatniania wody.

Pr dko w przewodach grawitacyjnych powinna wynosi

0,7÷0,9 m/s (nie powoduje

ona du ych strat hydraulicznych a jednocze nie zapewnia samooczyszczenie rur z

zawiesin). Okresowo przewody czerpne nale y płuka odwrotnym strumieniem wody.

Czerpnie zanurzone mog mie kształt ró ny np.: w postaci perforowanej rury, kosza

lub krótko obci tego przewodu zabezpieczonego na wlocie kratami przed napływem
cz ci stałych. Najcz ciej rednica przewodu grawitacyjnego wynosi

ϕϕϕϕ= 100 mm,

stosuje si , co najmniej

2 przewody). Do cz sto czerpnie s osadzone na ruchomych

odcinkach rur i mog by łatwo podnoszone (poł czenia przegubowe) z wody w celu

ich oczyszczenia np.

rys. 9

. Na rzekach spławnych czerpnie powinny by oznakowane

bojami lub tablicami na brzegach (

rys. 11).

Pr dko wlotowa do czerpni nie powinna

przekracza

0,2 m/s. Górna kraw d czerpni powinna by zatopiona na gł boko 2

rednic jej wlotu, lecz nie mniej jak 0,5 m od najni szego poziomu wody, jednak nie

mniej ni

0,3 m od dolnej kraw dzi lodu; dolna kraw d wlotu minimum 0,5 m powy ej

dna.

Przy projektowaniu uj cia zatopionego nale y przewidzie :

♦ Tabor pływaj cy dla konserwacji i kontroli czerpni

♦ Oznakowanie miejsca smoka

♦ Mo liwo płukanie czerpni odwrotnym strumieniem wody

♦ Mo liwo odpiaszczania najbli szego s siedztwa czerpni w korycie rzeki

Ad 2 Uj cia wód podziemnych

Ad 2a

Uj cia płytkich wód podziemnych za pomoc ci gów drena owych.

Uj cie takie stosowane jest dla wodoci gów małych q

max

≤ 25 dm

/s. Uj cia z płytkich

wód podziemnych, poło onych na gł boko ci

5÷7 m poni ej terenu. S to ci gi

drenowe uło one w przygotowanym wykopie na jego dnie i obsypane materiałem

filtracyjnym

rys. nr 32

Obsypka najcz ciej jedno- ,dwu-, lub wi cej warstwowa składa si z kalibrowanych

ziaren wiru i grubego piasku dostosowanych do uziarnienia warstwy wodono nej i

otworów w rurach drena owych.

Materiał obsypki musi charakteryzowa si :

du przepuszczalno ci

wytrzymało ci mechaniczn

odporno ci na działanie wody i powietrza( wiry, piaski kwarcowe)

Kształt kruszywa okr gły

(

nale y unika tłuczni lub grysów)

Wykład 3 Podstawy wod-kan_sem.5 N Strona 3 z 5

Powinna zapewnia stabilizacj gruntu

Grubo warstwy obsypki

0,2÷0,3 m. Od góry rów drena owy nale y przykry warstw

iłu lub tłustej gliny o grubo ci

0,5 m , dla zabezpieczenia przed dostawaniem si wód

opadowych bezpo rednio do drenu. Pod wzgl dem materiałowym najlepsze dreny to

ceramiczne i perforowane rury kamionkowe oraz dreny z tworzyw sztucznych. rednica

otworów(perforacji)

15÷20 mm rozmieszczone na całej cianie.

Układ drena owy składa si z nast puj cych elementów

rys nr 32; 33; 34

Kilku ci gów drena owych

Studni zbiorczej do której dopływa woda z ci gów drena owych

Pompowni lub urz dze lewarowych odprowadzaj cych wod ze studni zbiorczej do

nast pnych urz dze wodoci gowych

Ci gi z reguły układa si na sp gu warstwy wodono nej (je li jest to mo liwe), w

odst pach co

30÷50 m na ci gach nale y montowa studnie kontrolne rednicy 1,0 m.

Minimalne spadki drenów powinny wynosi :

Dla rur

150÷200 mm i

min

3 – 5 %

200÷300 mm i

min

3 %

300 i

min

1 – 2 %

Pr dko przepływu v =

0,5÷0,7 m/s i v < od 1,0 m/s

W gruntach piaszczystych - v >

0,3 m/s

W gruntach gliniastych v >

0,15 m/s

Przekrój i spadek ci gu drena owego dobiera na podstawie wyliczonego nat enia

przepływu na ko cu danego odcinka przyjmuj c

50% napełnienia przewodu.

Uj cie wody gruntowej za pomoc studni kopanej

Rys. nr 36,37,38,39,40,41,42

Studnie kopane (szybowe) najwcze niej były stosowane w gospodarstwach wiejskich.

Były wykopywane w warstwie wodono nej a nast pnie obudowane ciankami

drewnianymi, pó niej murem kamiennym lub ceglanym. Obecnie wykonuje si je z

kr gów elbetowych rednicy

1,0 m jako studnie zapuszczane. Studnie zagł biane były

pod zwierciadło wody około

0,6÷1,0 m przy czerpaniu wiadrem lub gł biej przy

czerpaniu pomp . Studnie gł bsze wykonuje si metod studniarsk , która polega na

wybieraniu ziemi z dna studni, przy jednoczesnym zapuszczaniu kr gów. Studnie

kopane dla potrzeb wodoci gowych maj znacznie wi ksz rednic zwykle

2,0÷5,0 m,

a gł boko zapuszczenia wynosi około

10÷15 m. Zapuszczenie ponad 30,0 m staje si

nieekonomiczne. Gł bsze wody ujmuje si wył cznie za pomoc studni wierconych.

Rodzaje uj za pomoc studzien kopanych mog by ró ne w zale no ci od mi szo ci

warstwy wodono nej i od gł boko ci uj cia

rys. nr 36

Pobór wody mo e by :

boczny – przez otwory cienne po zapuszczeniu studni do warstwy

nieprzepuszczalnej i zabetonowaniu dna

rys

nr 36a

boczny i denny, – je eli mi szo warstwy wodono nej jest du a

rys. 36b

studnia jest zawieszona w warstwie wodono nej

denny –

rys. nr 36c

– przy studni zawieszonej i niezbyt gł bokim strumieniu

wody gruntowej. W tym wypadku gł boko wody pod studni musi by

> od

rednicy studni.

Wykład 3 Podstawy wod-kan_sem.5 N Strona 4 z 5

Technologia wykonania i zapuszczania studni

Studnie kopane składaj si z nast puj cych głównych cz ci:

wie ca (no a)

rys. nr 39

– jest on podstawowym elementem studni kopanej za

pomoc , którego, studnia pod własnym ci arem mo e zagł bia w grunt. Wie ce

mog by eliwne, stalowe, elbetowe a dla mniejszych rednic 0 –5,0 drewniane.

muru płaszczowego (płaszcza) – mo e by wykonany z cegły na zaprawie

cementowej, betonu lub elbetu. Mury z cegieł i betonowe musz by zabezpieczone

kotwami przed urwaniem si w czasie zapuszczania dolnej cz ci studni na sutek

przechwycenia przez nacisk ziemi jej górnej cz ci. Kotwy przebiegaj od wie ca

pionowo do górnych segmentów studni. Długo ci kotew około 2 m, powinna

odpowiada wysoko ci poszczególnych segmentów roboczych studni. W murze, co

około 2,0 m zakłada si poziome pier cienie wi

ce z płaskowników stalowych, do

których przymocowane s kotwy dolne i górne, co daje silne poł czenie górnych i

dolnych segmentów i zabezpiecza mur ocembrowania studni przed urwaniem si .

Studnie elbetowe oblicza si na urwanie si , a wi c dodatkowe zabezpieczenia s

zb dne.

obudowy górnej – górna cz

studni mo e by zako czona pokrywa lub wykonuje

si pomieszczenie np. dla pompowni. Zale y to od warunków miejscowych i potrzeb.

Wykonanie studni:

Studni mo na wykonywa dwoma sposobami:

na mokro

na sucho – polega na wykonaniu sztucznego obni enia poziomu wody gruntowej

za pomoc pompowania i wykonanie studni w przygotowanym wykopie.

Normalny tryb wykonania studni polega na:

Wykonanie w terenie wykopu (z reguły niezabezpieczonego) na gł boko

2÷3 m

(max do poziomu wody gruntowej), skarpy wykopu w piaskach

1:1, w glinach

piaszczystych

1:0,75; w iłach 1:0,5. W gruntach nasypowych nale y wykona

zabezpieczenie wykopu.

Wyrównanie dna wykopu, nast pnie na wyrównanym dnie ustawia si wieniec

podstawowy(jedno lub wi cej segmentowy). Wieniec ustawia si poziomo na dnie na

krótkich balach lub podmurówce z cegły lub słabej zaprawie. Podło e to słu y do

ustalenia poło enia studni i przeciwdziała nierównomiernemu zagł bianiu si po

wykonaniu pierwszego segmentu.

Na tak ustawionym wie cu wykonuje si mur studni (z cegły, betonu, elbetu) na

wysoko około

2÷3 m, pami taj c o kotwach i pier cieniu w/w. Mur musi by

wykonany starannie, aby opuszczenie studni odbywało si ci le pionowo.

Powierzchnia zewn trzna muru musi by wyprawiona gładko dla zmniejszenia tarcia

mi dzy gruntem a płaszczem studni.

Rys nr 41a

Nast pnie wybieramy ziemi ze rodka studni likwiduj c symetrycznie uprzednio

wykonan podpor pod no em (nale y zwraca uwag , aby nie skrzywi studni ).

Pozbawiony podpory nu wie ca, pod wpływem ci aru nadbudowanego segmentu

muru zacznie si zagł bia w gł b gruntu.

Rys nr 41b

Wykład 3 Podstawy wod-kan_sem.5 N Strona 5 z 5

Gdy pierwszy segment wci nie si w grunt, a opory tarcia nie pozwol ju na dalsze

zagł bianie segmentu pomimo podbierania gruntu spod no a, nadbudowuje si

nast pny segment studni pami taj c o kotwach i pier cieniu.

Tok post powania powtarzamy a osi gniemy dan gł boko .

Rys nr 41c

Najbardziej odpowiedzialn prac jest podbieranie gruntu spod no a. Dopóki nó

znajduje si powy ej poziomu wody to podbieranie mo e by kontrolowane

bezpo rednio przez pracowników wykonuj cych podbieranie metod r czn .

Pod woda ziemi wydobywa si za pomoc ró nego rodzaju czerpaków

rys nr 40 i 42.

Studnia powinna opuszcza si równomiernie bez skoków. Nierównomierno ci

osiadania studni mo emy przeciwdziała przez dodatkowe doci enie studni. A

przeszkody takie jak kamienie pod wie cem nale y rozbija lub usuwa .

10.

W gruntach łatwo wymywanych mo na wykorzystywa metod hydromechanicznego

wykonania wykopu pod wie cem, stosuj c koparki hydromechaniczne, wymulacze ,

podno niki strumieniowe itp.

rodki zaradcze w przypadku, gdy ci ar studni jest niewystarczaj cy do

pokonania oporów tarcia:

1. Obci enie muru studni dodatkowym ci arem przez wybudowanie nad studni

podestu i układanie na nim ci kich przedmiotów, jak np. szyny lub d wigary stalowe.

2. Obni enie w czasie bagrowania poziomu zwierciadła wody w studni i w ten sposób

przez  wywołanie  ró nicy  ci nie   zewn trz  i  wewn trz  studni  doprowadzenie  do
rozlu nienia  i  wypłukania  gruntu  spod  wie ca  przez  wpływaj c   z  zewn trz  wod .
Sposób  ten  jest  jednak  niepewny;  mo na  doprowadzi   do  skrzywienia  studni,  a  nawet
uszkodzenia przez jej nagłe obsuni cie si .

3. Podwy szenie poziomu wody w studni ponad zwierciadło wód gruntowych, przez

co wpływaj ca w grunt pod wie cem woda zmniejsza k t tarcia mi dzy gruntem a murem
studni, zmniejszaj c tym samym opory tarcia. Sposób ten daje korzystne wyniki w
gruntach słabo przepuszczalnych.

4. Wypłukiwanie gruntu spod wie ca przez wtłoczenie pod ci nieniem wody przez

dysze umieszczone w wie cu studni. Nadaje si do gruntów przepuszczalnych.

5. Zastosowanie ci kich wibratorów na murze studni, co równocze nie ułatwia

równomierne opuszczanie studni.

6. Zastosowanie cieczy tiksotropowych wprowadzonych pod ci nieniem mi dzy grunt a

mur studni za pomoc systemu przewodów z wylotami ponad wie cem. Ciecz
tiksotropowa zmniejsza bardzo powa nie tarcie mi dzy gruntem a murem, tak, e
stosunkowo mały ci ar studni wystarczy do pokonania oporów tarcia.

7. Wykonanie lekkiego rozszerzenia płaszcza studni ku dołowi (rozszerzenie płaszcza

wykonuje si zwykle na

1/3÷1/4 wysoko ci studni; wynosi ono od l :20 przy studniach do 8

m gł boko ci, do

1:50 przy studniach ponad 15 m gł boko ci.

8. Lub wykonanie wie ca o nieco wi kszej rednicy zewn trznej (ok.

0,10÷0,20 m z

ka dej strony) ni rednica zewn trzna muru studni (sprzyja to jednak odchyleniu studni

od pionu).