Устройство колодца

Некоторые сведения о подземной воде

Подземные воды образуются преимущественно в результате проникновения в землю атмосферных осадков и воды из открытых водоемов. Если порода насыщается такой водой и способна отдавать воду при вскрытии ее шахтой, она называется водоносной (галечники, пески, трещиноватые скальные породы). Порода, не пропускающая и не отдающая воду, называется водоупорной (глины, невыветрившиеся скальные породы). Залегают породы пластами. Каждый вышележащий пласт называется кровлей по отношению к нижележащему.

По гидравлическим свойствам подземные воды могут быть безнапорными (грунтовыми) и напорными (артезианскими).


1 — слабопроницаемый покрывной пласт;
2 — статический уровень воды;
3 — водоносный слой;
4 — водоупорный пласт;
5 — верховодка

Безнапорные воды залегают на ближайшем от поверхности водоупорном слое, где давление равно атмосферному. В колодце, который вскрывает эту воду, уровень воды устанавливается на глубине, соответствующей уровню воды в водоносном пласте. Напорные воды залегают в водоносном пласте, зажатом между двумя водоупорными пластами. В этом случае вода в колодце поднимается выше отметки вскрытия и может выбрасываться из колодца фонтаном. Впервые такой фонтанирующий колодец был пройден в 1126 г. во Франции в провинции Артуа (Артезиум). Отсюда и название напорных вод - артезианские. При строительстве колодца можно встретить так называемую верховодку, находящуюся на небольшой глубине над водоупорным пластом.

Для водоснабжения верховодку не используют и изолируют, т.к. она не успевает, просачиваясь через грунт, очиститься от загрязнении. Запасы воды у верховодки невелики, непостоянны, в засушливы период и зимой вода обычно исчезает.

Выбор места для колодца

Открытые водоемы действующие колодцы позволяют достаточно точно определить глубину залегания подземной воды. Если они расположены близко от выбранной площадки достаточно показаний ватерпаса, если расстояни значительно, то понадобится нивелир или барометр анероид. Например, цена деления барометр 0,1 мм, что соответствует разнице в высоте 1 м Если на уровне земли существующего колодца барометр показывает давление 745,8 мм, а в точке, выбранной для колодца, - 745,3 мм, шахту придете рыть на 5 м глубже (745,8-745,3=0,5 мм). Это справедливо в тех случаях, когда уровень подземной воды практически горизонтален и воды залегают в виде грунтового бассейна. Если поверхность грунтовых вод имеет уклон и залегают они в виде грунтового потока, надо учесть этот уклон, применяя интерполирование. Самый надежный способ поиска подземной воды - разведочное бурение. Место для колодца выбирают в 20-25 м от источников загрязнения: уборных, помойных ям, бань и т.п. Не следует устраивать колодцы на склонах балок, оврагов берегах рек. Выбрав место для колодца, получите разрешение на его строительство в местном Совете народных депутатов, региональной гидрогеологической партии и санэпидстанции.

Устройство колодца

Колодец состоит из оголовка, ствола, водоприемной части. Существует три вида колодцев:

  1. несовершенный (неполный),
  2. совершенный (полный),
  3. совершенный с подствольником (зумпфом).

В несовершенном колодце крепление шахты не достигает подстилающего водоупорного пласта, приток воды происходит через дно и боковые стенки. В совершенном колодце крепление достигает водоупорного пласта и опирается на него, приток воды - только через боковые стенки. Зумпф в совершенном колодце - дополнительный резервуар, выполненный в подстилающей породе для увеличения запаса воды. Запас воды в колодце можно увеличить, расширив его подводную часть в виде шатра. При высоте водоносного пласта до 2-3 м устраивают зумпфы, при большей высоте - шатры.

Безнапорный водоносный пласт шахтой несовершенного колодца не следует проходить более чем на 0,7 его высоты, т.к. нижележащая вода не питает колодец и не увеличивает дебита (притока воды в единицу времени). Для индивидуального водозабора рекомендуется только несовершенный колодец с притоком воды через донный гравийный оильтр, боковые фильтры не увеличивают дебит, а изготовить их сложнее.

Поперечные размеры шахты - 1x1 м. Увеличение размеров мало сказывается, на повышении дебита. Водоприемную часть несовершенного колодца проще всего сделать с донным фильтром из трех слоев щебня или гравия с зернами различной крупности: толщина нижнего слоя - 0,1 м, двух остальных - по 0,15 м. Зерна каждого верхнего слоя фильтра должны быть в 6-8 раз крупнее зерен нижнего. Если водоносный пласт сильно разжижен (плывун), а приток воды обильный, устраивают дощатое дно со щелями или отверстиями, затем насыпают фильтр. Оголовок колодца должен возвышаться над уровнем земли на 0,6-0,8 м. Вокруг колодца необходимо сделать глиняный замок шириной 0,5 и глубиной 1-1,5 м и железобетонную отмостку, чтобы предохранить колодец от поверхностных загрязнений. Крепление шахты колодца делают из дерева, бетона, железобетона, естественного камня и кирпича. Выполнить крепление можно тремя способами: возведением со дна готовой шахты (при опасности обвала грунта необходимо устраивать временное крепление стен шахты); наращиванием сверху по мере углубления шахты (опускное крепление); наращиванием снизу.

Деревянные колодцы

Наиболее подходящий материал - дуб, затем лиственница, вяз, ольха. Для сруба лес должен быть прямым, не трухлявым, не зараженным грибком, без червоточин и плесени. Деревянные колодцы строят обычно с размером квадрата в свету 0,7-1,4 м. Сруб делают из бревен диаметром 15-18 см или из пластин, нарезанных из бревен диаметром 22 см. Если сруб сделан из бревен, легче добиться высокой плотности стенок колодца. Сруб собирают перед рытьем шахты и каждый венец размечают для последующей сборки.

Сопряжение бревен в углах сруба делают в лапу без остатка с коренным шипом (потемком) или без него (коренной шип в данном случае служит только для уплотнения угла, поэтому поставлен снаружи).


Устройство башмака:
1 — стальной нож (уголок);
2 — железобетонный нож;
3 — стальная пластина

Венцы соединяют между собой нагелями высотой 10 см, которые по вертикали ставят вразбежку. Чтобы нижние венцы не оторвались от верхних, соседние венцы соединяют скобами, по углам сшивают брусками, а по середине каодой стороны - досками. При глубине колодца не более 6 м, если стены шахты не обрушиваются и не вспучиваются, а приток воды не сильный, сруб можно возводить со дна готовой шахты. На дне шахты устанавливают раму-основание, на которой собирают сруб. Можно на дно шахты уложить лежни - бревна, распиленные вдоль, на них пришить пол и на этом основании собирать сруб.

При глубине колодца более 6 м сруб наращивают сверху. Вырыв шахту на глубину 3 м, на основание устанавливают сруб и выводят его из земли на три венца. Потом углубляют шахту, подрывая грунт каждый раз на глубину 25 см сначала под серединой стенок. Обходят так все стены сруба и подпирают их клиновыми подкладками. Затем подрывают грунт в углах, выбивают подкладки и опускают сруб. Чтобы облегчить опускание сруба в шахту, его основание расширяют и снабжают нижнюю часть башмаком - режущим ножом, который можно сделать из стального уголка или железобетона. Если грунт плотный и колодец сравнительно неглубокий, сруб, наращиваемый сверху, можно подвесить в шахте на веревках. Этот способ удобен тем, что сруб не мешает углублять шахту, т.к. основание сруба поддерживают на высоте 0,5-1,0 м от дна шахты. Веревки подводят под углы сруба, концы 2-3 витками закрепляют на раме из бревен, установленной над шахтой.

Сруб опускается в шахту очень легко: идет он с зазором, нужно только немного потравливать концы веревок на витках. Для глубоких колодцев предпочтительно наращивание сруба снизу. Через каждые 4-5 венцов устраивают венец ,”с пальцами”: два нижних бревна делают на 0,4-0,5 м длиннее в каждую сторону. Выступающие за габариты концы закладывают в вырытые в стенах шахты горизонтальные углубления (печуры, заклады), поджимают кверху домкратом и подклинивают, благодаря ’’пальцам” сруб надежно закрепляется в шахте и позволяет делать длительные перерывы в работе, невозможные при других способах крепления. В очень рыхлом грунте и в плывунах - песке, насыщенном водой, сделать печуры надежными нельзя, и данный способом непригоден. Если такие породы известны заранее, шахту надо проходить наращиванием сруба сверху.

Каменные и кирпичные колодцы

Для каменной кладки применяют естественный камень: сланец, плотный известняк, песчаник. Эти камни часто имеют с двух или нескольких сторон плоские участки (постели), а если их нет, то такие плоскости легко получить при обработке. Пригоден также и кирпич, но только красный, без трещин, хорошо обожженный.

Каменные и кирпичные колодцы, как правило, строят круглыми с внутренним диаметром 0,75-1 м. Толщина стенок каменного (бутового) колодца - 35 см, кирпичного - не менее 25 см. Кладку ведут на цементном растворе состава 1:3 или 1:4 в зависимости от марки цемента. С целью экономии цемента можно применять цементно-известковый раствор 1:2:5 (портландцемент : известь : песок).

Бутовый камень подбирают очень тщательно. Необходимо, чтобы ряды бьли по возможности горизонтальными, отдельные камни не выступали ни с внутренней, ни с наружной стороны. Промежутки между камнями должны быть как можно меньше. При этом следует соблюдать перевязку швов, а камни укладывать к центру колодца узкой стороной (тычком), чтобы грунтом их не выдавило внутрь. Крупные и мелкие камни надо разделить и укладывать слоями: ряд крупных, ряд мелких.

Каменный колодец желательно оштукатурить: внутри - цементным раствором 1:2, снаружи - более бедным раствором.

Кладку колодца из кирпича ведут тычком - кирпичи укладывают плашмя веером (по радиусам). Первый ряд кирпича кладут на слой раствора, разостланный на верхней плоскости башмака. Следующий ряд кладут также тычком, следя, чтобы вертикальные швы не оказались в одной плоскости. По внешней стороне колодца швы при такой кладке получаются очень широкими, их забивают кирпичным щебнем и замазывают раствором.

Каменная и кирпичная кладка хорошо сопротивляется сжатию и плохо растяжению. Чтобы предохранить кладку от разрыва при строительстве колодца опускным методом, когда верхняя часть ствола может оказаться зажатой обвалившимся грунтом, а нижняя беспрепятственно опускаться, каменную и кирпичную кладку армируют стальными анкерными тягами. Для надежного закрепления в кладке концы анкерных тяг загибают или приваривают к ним зацепы. Тяги делают разной длины, чтобы зацепы установились на разных уровнях.

Для определения нужного количества по окружности колодца ставят и равномерно распределяют 4-8 анкерных тяг диаметром 20-30 мм. Чтобы в колодец можно было спускаться для чистки, в стенки в процессе кладки заделывают стальные скобы. Водоприемная часть каменных и кирпичных колодцев каких-либо принципиальных отличий не имеет. Водоприемную часть кирпичного колодца изнутри оштукатуривают цементным раствором 1:2 - это предохранит кирпич от разрушения и выкрашивания под воздействием воды.?

Бетонные колодцы

Состав бетонной смеси колодца (цемент : песок : щебень или гравий) 1:2:3. Цемент марки 400, не ниже. Водоцементное отношение (В/Ц): 0,5-0,7 (отношение массы воды к массе цемента). Крепление шахты выполняют из бетона или железобетона. Существует три типа таких колодцев: из монолитного бетона; из бетонных колец; из бетонных пластин.

Колодец из монолитного бетона

Строительство ведут в готовой шахте сплошным бетонированием между наружной и внутренней опалубками. Если глубина колодца значительна, то сначала шахту отрывают на глубину 3-4 м и бетонируют, выводя крепление над землей как можно выше. Далее работу ведут опускным методом, подрывая грунт под стенками колодца. В нижней части бетонного крепления устраивают режущий башмак. Грунт вынимают до тех пор, пока колодец не опустится на 2 м ниже поверхности земли. Затем устанавливают опалубку и наращивают ствол колодца бетонированием как можно выше. "Свежим" стенкам позволяют набрать необходимук прочность в течение 7-10 дней, после чего продолжают углубление шахты.

Колодец из бетонных колец

Лучше использовать кольца заводского изготовления, но их несложно сделать и самим. Размеры кольца: внутренний диаметр - О, 8-1,2 м, толщина стенки бетонного кольца - 10-12 см, железобетонного - 6-8 см, высота - 0,7-1,2 м. По высоте кольца соединяют впритык. Чтобы кольца не сдвигались, между ними устанавливают гнутые или сварные скобы из стали толщиной 5-8 и шириной 50 80 мм. Иногда кольца соединяют в четверть (фальцевый стык), либо делают стык в раструб, скашивая ребро четверти. Арматуру для железобетонного кольца устанавливают так: вертикальные стержни через 250 мм, горизонтальные арматурные кольца (обычно 5 шт.) через 160-200 мм. Стержни связывают железной проволокой в виде каркаса. Для армирования лучше использовать специальную арматурную сталь с рифленой поверхностью - арматуру периодического профиля, но можно и гладкую, круглую или полосовую. Нижнее бетонное кольцо лучше сделать слегка расширяющимся книзу, со скошенной внутри нижней кромкой, усиленной стальной полосой. Тогда легче опустить крепление и не надо устанавливать специальный башмак.

Применяя кольца заводского изготовления, нижнее кольцо устанавливают на башмак с резцом. Чтобы предотвратить разрыв колец по стыку, их соединяют накладками из полосовой стали шириной 40-60 и толщиной 5-10 мм. Накладки скрепляют скобами, согнутыми из стального прута диаметром 16 мм, или болтами. Для этого в стенках колец предусматривают отверстия при бетонировании. Каждый стык колец соединяют в 3-4 местах равномерно по окружности. Более надежный способ соединения колец - с помощью стальных стержней, забетонированных в стенках. Стержни имеют на концах кольцеобразные загибы, куда и вставляют скрепляющие болты.

Швы между бетонными кольцами заделывают цементным раствором 1:3. Стыки между торцами колец в пре-делах водоприемной части уплотняют просмоленной пеньковой веревкой диаметром 20 мм. Уплотнение закладывают в специальный желобок, отформованный в верхнем торце кольца. Разработку мягкого грунта на дне шахты ведут от середины. При плотном грунте сначала выбирают грунт под кольцом вдоль ножа, когда крепление осядет, вынимают середину.

Водоприемную часть устраивают так же, как у деревянного колодца. В маломощных водоносных слоях устраивают приток воды и через боковые отверстия, снабжая их фильтрами. Наиболее доступны фильтры из крупнопористого бетона, т.е. без песка. Размеры зерен щебня или гравия для крупнопористого бетона подбирают в зависимости от крупности зерен песка водоносного слоя в соотношении 1:10. На 1 часть цемента (по массе) берут 6 частей щебня или гравия при В/Ц = 0,3-0,5.

Чтобы сделать боковые фильтры из крупнопористого бетона, у нижнего кольца при формовании делают два пояса высотой 15-20 см из крупнопористого бетона, или при укладке бетона в опалубку закладывают в шахматном порядке заранее изготовленные из крупнопористого бетона вставки в виде кирпичей.

В бетонных кольцах заводского изготовления для таких фильтров придется пробить окна в стенках.

Колодцы из бетонных пластин

Изготовить пластины намного проще - форма для них очень простая. Прямоугольные и квадратные колодцы из бетонных пластин по внешнему виду похожи на деревянные срубовые. Концы пластин для надежного сопряжения в углах отформовывают в лапу. Пластина воспринимает боковое давление грунта, поэтому арматуру располагают ближе к плоскости, обращенной внутрь колодца. Пластины ставят на растворе. Если есть возможность использовать сварку, то концы пластин не надо формовать в лапу, а следует предусмотреть стальные закладные детали. В этом случае форма для пластин будет еще проще.

Техника безопасности

При устройстве колодца необходимо очень серьезно отнестись к соблюдению правил техники безопасности.

Шахту колодца на все время производства работ надо ограждать на расстоянии 0,4-0,7 м от края, а площадку освобождать от посторонних предметов на 2-3 м от устья шахты. Складировать все стройматериалы следует за пределами ограждения.

Перед началом работ необходимо испытанием на разрыв проверить прочность каната для подъема бадьи с грунтом. Канат должен быть надежно привязан к бадье, при глубине колодца 6 м и более надо обязательно привязывать к бадье второй предохранительный канат - работа с отнимающейся бадьей крайне опасна!

При устройстве глубоких колодцев следует использовать вороты только с вертикальным валом, для неглубоких колодцев (4-6 м) можно применять горизонтальные вороты. Вороты должны иметь зубчатый останов и канатный тормоз. При использовании механических подъемников с электрическим и другими двигателями в приводе следует применять только червячные редукторы, обладающие эффектом самоторможения и на первичный вал редуктора устанавливать тормоз для уменьшения инерционного выбега механизма.

Необходимо ежедневно осматривать все подъемные приспособления лебедки, ворота, каната, крюка, бадьи и т.п. перед началом работ, в обеденный перерыв, по окончании работ.

При работе в шахте надо обязательно оповещать работающих внизу о подъеме из шахты и об опускании в шахту инструмента, приспособлений и других предметов. В случае притока в шахту вредных газов следует постоянно вентилировать ее с помощью вентилятора или горящей печки, установленной на поверхности, поддувало которой соединено трубой с низом шахты. Кроме того, каждое утро и после перерывов в работе перед спуском в шахту необходимо проверять в ней качество воздуха с помощью горящей свечи: если свеча гаснет, провентилировть шахту и вторично проверить качество воздуха.

При углублении колодца надо следить, чтобы незащищенная креплением часть шахты составляла не более 1 м по высоте и не допускать образования за стенками крепления значительных пустот и каверн: они могут вызвать подвижку и обвал грунта и разрушить крепление.

По окончании работ следует закрывать шахту колодца щитом, досками и т.п.


Статьи про ремонт