PL208307B1 - Sposób formowania infiltracyjnych poddennych ujęć wody oraz segment filtracyjny do formowania poddennych ujęć wody - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania infiltracyjnych poddennych ujęć wody, zwłaszcza pod dnem rzeki bądź basenu infiltracyjnego do zaopatrzenia w wodę ludności i przemysłu. Przedmiotem wynalazku jest również segment filtracyjny do formowania poddennych ujęć wody.

Znane sposoby budowy poddennych infiltracyjnych ujęć wody polegają albo na wciskaniu rur filtrowych w warstwę wodonośną, albo na odkrywkowym i podwodnym układaniu rur filtrowych w szerokoprzestrzennych wykopach w dnie rzeki bądź basenu infiltracyjnego.

Z polskiego patentu Nr PL 96162 znana jest metoda odkrywkowa, polegająca na robieniu wykopów w nurcie rzeki z powierzchni lustra wody za pomocą pływających urządzeń głębiących. Budowę szybu studni zbiorczej prowadzi się w oszalowanym i odwodnionym wykopie metodą zalewania na „mokro betonem lub też szyb buduje się i osadza w wykopie przy zastosowaniu techniki kesonowej. Rury filtrowe opuszcza się na dno wykopów przy użyciu pływających urządzeń dźwigowych, a następnie nurek łączy je z szybem zbiorczym. Następnie z powierzchni lustra wody następuje zasypanie rur filtrowych obsypką piaskowo-żwirową. Z innego polskiego opisu patentowego Nr PL 134 387, znany jest sposób budowy infiltracyjnych poddennych ujęć wody, który polega na tym, że podwodne wykopy prowadzi się z powierzchni dna suchego basenu infiltracyjnego przy użyciu typowego sprzętu do prac ziemnych. W wykopach tych posadawia się prefabrykowaną studnię zbiorczą z osadzonymi w niej króćcami i wyprowadzonymi ponad lustro wody odcinkami rur filtrowych. Odcinki te łączy się z pozostałymi rurami filtrowymi tzw. drenami, które następnie opuszcza się do podwodnych wykopów, przy użyciu typowych urządzeń dźwigowych, z powierzchni dna basenu. Podwodne zasypywanie rur filtrowych obsypką filtracyjną jest analogiczne jak w poprzednim rozwiązaniu.

W znanych i stosowanych sposobach, zwią zanych z wykonaniem obsypki filtracyjnej drenów, leżących na dnie podwodnych, szerokoprzestrzennych wykopów, dreny zasypuje się materiałem filtracyjnym o odpowiednim uziarnieniu, najczęściej jest to sortowany kwarcowy piasek bądź żwir, dobrany z jednej strony do wykształ cenia litologicznego gruntu, a z drugiej strony do wielkoś ci otworów perforacji rur filtrowych. W celu uzyskania skutecznej obsypki drenów potrzebne są znaczne masy sortowanego i drogiego materiału filtracyjnego.

Sposób formowania infiltracyjnych poddennych ujęć wody według wynalazku, polega na tym, że formuje się ujęcia na dnie wykopów poddennych, w których rury filtrowe znajdują się wewnątrz co najmniej jednego walcowego siatkowego rękawa, który wypełnia się promieniście w przestrzeni pomiędzy rurą i siatką co najmniej jedną warstwą materiału filtracyjnego. Korzystnie, tworzy się kilka warstw materiału filtracyjnego o zmniejszającej się średnicy ziarna idąc w kierunku od rury filtrowej na zewnątrz, w kolejnych nałożonych na siebie siatkowych rękawach. Ponadto wokół rury filtrowej w równomiernych odstępach umieszcza się konstrukcję podtrzymującą, dla każdej warstwy odrębną. W sposobie według wynalazku, konstrukcja podtrzymują ca utrzymuje stabilnie koncentryczne wypełnienie z materiału filtracyjnego, ograniczone otaczającą je heksagonalną siatką.

Segment filtracyjny do formowania poddennych ujęć wody według wynalazku, jest utworzony z rury filtrowej, otoczonej co najmniej jedną warstwą materia ł u filtracyjnego umieszczonego, w koncentrycznej konstrukcji podtrzymującej, złożonej z kołowych żeber dystansujących przymocowanych do rur filtrowych na ich obwodzie, otoczonych poliestrową siatką o oczkach dostosowanych do wielkości ziarna materiału filtracyjnego oraz nośną - heksagonalną siatką gabionową. Korzystnie segment filtracyjny jest wyposażony w dwie bądź trzy warstwy materiału filtracyjnego, które są oddzielone trzema kolejnymi nałożonymi na siebie walcowymi siatkami, umieszczonymi na niezależnych konstrukcjach podtrzymujących.

Stosowanie sposobu według wynalazku wymaga minimalnej ilości materiału filtracyjnego, bo 100% pewności działania, uzyskuje się przy rozmiarach walca otaczającego rurę filtrową około 10 cm grubości warstwy filtracyjnej. Do wykonania poddennych ujęć wody zgodnie ze sposobem, zużywa się przeciętnie kilkanaście razy mniej m³ kruszywa na 1 mb drenu, niż przy tradycyjnych sposobach wykonywania obsypki filtracyjnej. Sposób umożliwia uproszczenie i przyspieszenie budowy infiltracyjnych poddennych ujęć wody przy doskonałym efekcie ich użytkowania.

W tradycyjnych uję ciach opadają cy grawitacyjnie w toni wodnej piasek rozwarstwia się , przy czym większe ziarna toną szybciej, dlatego aby uzyskać założony efekt do obsypki drenów zużywa się znaczne masy sortowanego i drogiego materiału filtracyjnego. W praktyce piaszczenie drenów, ma zły wpływ na ich żywotność i jakość ujmowanej wody. Obsypka filtracyjna w ujęciach tradycyjnych rozkłada się nierównomiernie na długości dna wykopów - wokół drenów, co zmusza do zasypywania dużych

PL 208 307 B1 mas sortowanego kruszywa, praktycznie bez kontroli jakości wykonywanej obsypki, co do równomierności uziarnienia, ciągłości i grubości obsypki wokół drenów.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania, jest przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uformowaną trójwarstwową strukturę infiltracyjnego poddennego ujęcia wody, a fig. 2 przekroje poprzeczny i wzdłużny segmentu filtracyjnego z pojedynczą warstwą, do formowania poddennych ujęć wody.

P r z y k ł a d 1

Do uformowania infiltracyjnego poddennego ujęcia wody o łącznej długości 1200 m, wykorzystuje się 12 drenów 1, o przeciętnej długości po 100 m ze stalowych rur filtrowych o średnicy D = 200 mm, perforowanych otworami okrągłymi o średnicy 20 mm, rozmieszczonymi w szachownicę, o stopniu przepuszczalności 20%. Dreny 1 umieszcza się na dnie podwodnego wykopu o szerokości B_d i głębokości Hę w aluwialnej warstwie wodonośnej o uziarnieniu gruntu d₅₀ = 0,3 mm, na głębokości z = 5,0 m, pod dnem rzeki 2. W tych warunkach najkorzystniejsze jest otoczenie rur filtrowych potrójną warstwą obsypki filtracyjnej. Dlatego dreny 1 umieszcza się koncentrycznie wewnątrz trzech nałożonych na siebie walcowych siatkowych rękawów.

Siatkowy rękaw wewnętrzny, wypełnia się promieniście w przestrzeni pomiędzy rurą i siatką, pierwszą warstwą 3 materiału filtracyjnego - wewnętrzną, którego uziarnienie wynosi D₅₀,_w = 9 mm, następny rękaw wypełnia się promieniście środkową warstwą 4 materiału filtracyjnego, którego uziarnienie wynosi D₅₀,_ś = 3 mm, a rękaw trzeci wypełnia się promieniście zewnętrzną warstwą 5 materiału filtracyjnego, którego uziarnienie wynosi D₅₀,_z = 1 mm. Ponadto wokół drenów 1 w równomiernych odstępach umieszcza się konstrukcję podtrzymującą dla każdej warstwy odrębną.

Dla przyjętej minimalnej grubości poszczególnych warstw obsypki wokół drenów 100 mm, niezbędna jednostkowa (na 1 mb drenu) objętość kruszywa wynosi: Vj = [(n(D+0,6)²/4) - (nD²/4)] x 1,0 = 0,43 m³/mb., a całkowita objętość wyniesie: Vc = 1200 mb x 0,43 m³/mb = 516 m³, co daje masę całkowitą ok. 1032 tony.

W tych warunkach, tradycyjnie wykonana obsypka filtracyjna drenów pochłonęłaby Vc = 1200 mb x 3 m³/mb = 3600 m³ sortowanego kruszywa, czyli ok. 7 krotnie więcej, co daje całkowitą masę ok. 7200 ton.

P r z y k ł a d 2

Segment filtracyjny do formowania poddennych ujęć wody według wynalazku, jest utworzony z rury filtrowej 1 o długości 5,0 m z pojedynczą warstwą materiału filtracyjnego 3, w konstrukcji podtrzymującej otoczonej siatkami. Konstrukcję podtrzymującą tworzy obręcz kołowa 6, nałożona na rurę filtrową 1 do której przymocowanych jest promieniowo, w równych odstępach osiem żeber nośnych 7, wykonanych z płaskownika stalowego, na końcach żeber nośnych 7, osadzona jest zewnętrzna obręcz kołowa 8, na której umocowana jest poliestrowa siatka podtrzymująca 9. Wokół siatki podtrzymującej 9 usytuowana jest siatka nośna heksagonalna 10. Siatki 9 i 10 są zesznurowane stalowym drutem 11 z zewnętrzną obręczą kołową 8. W przestrzeni wewnętrznej pomiędzy rurą filtrową 1 i siatkami 9 i 10 znajduje się warstwa materiału filtracyjnego 3. Materiał filtracyjny 3 stanowi równoziarniste kruszywo naturalne o grubości 100 mm i wypełnia równomiernie całą przestrzeń wokół rury filtrowej.

P r z y k ł a d 3

Rurę filtrową jako dren 1 o średnicy D = 300 mm umieszcza się w aluwialnej warstwie wodonośnej, o średnicy miarodajnej gruntu d₅₀ = 0,5 mm. Dren 1 ma perforację szczelinową, typu most o szerokości szczelin 2,5 mm, wykonany jest ze stali szlachetnej i ma stopień przepuszczalności 16%. Wokół drenu 1 umieszcza się w konstrukcję podtrzymującą w postaci obręczy kołowej 6, pokrytej powłoką galwaniczną, do której przymocowane są promieniowo, w odstępach co 0,5 m żebra nośne 7, wykonane z płaskownika stalowego 30 x 5 mm, o wysokości 100 mm, na końcach żeber nośnych 7, osadzona jest zewnętrzna obręcz kołowa 8, na której umocowana jest poliestrowa siatka podtrzymująca 9 o grubości włókien 1 mm i splocie kwadratowym w rozstawie 3,5 x 3,5 mm. Wokół siatki podtrzymującej 9 usytuowana jest siatka nośna heksagonalna 10, tzw. „gabionową - o 1,5 krotnym splocie, o oczkach 50 x 70 mm, wykonana z drutu stalowego o średnicy 2 mm, pokrytego powłoką galwaniczną. Stosuje się siatkę gabionową o masie 1,24 kg/m², tj. 1,95 kg/mb drenu. Poszczególne segmenty łączy się w całość za pomocą połączeń kielichowych do spawania lub kołnierzowych, skręcanych na śruby i opuszcza na dno wykopu. Wnętrze pomiędzy drenem 1 i siatką 9 wypełnia się warstwą 3 materiału filtracyjnego, którego uziarnienie wynosi: D₅₀ = 2 mm. Dla przyjętej pojedynczej warstwy obsypki wokół drenu o minimalnej grubości 100 mm, niezbędna jednostkowa na 1 mb drenu objętość kruszywa wynosi: Vj = [(n(D+0,6)²/4) - (nD²/4)] x 1,0 = 0,43 m³/mb, a segmentu rury filtrowej o długości 5,0 m wynosi Vc = (5-0,5) mb x 0,126 m³/mb = 0,567 m³.

PL 208 307 B1

W tych warunkach, tradycyjnie wykonana obsypka filtracyjna segmentu drenu o dł ugoś ci 5,0 m pochłonęłaby Vc = 5 mb x 3 m³/mb = 15 m³ sortowanego kruszywa, czyli ok. 26 krotnie więcej.

Claims (6)

1. Sposób formowania infiltracyjnych poddennych ujęć wody na dnie wykopów poddennych, w których rury filtrowe umieszcza się w obsypce piaskowo żwirowej, znamienny tym, że rury filtrowe (1) umieszcza się wewnątrz co najmniej jednego walcowego siatkowego rękawa, który wypełnia się promieniście w przestrzeni pomiędzy rurą i siatką, co najmniej jedną warstwą materiału filtracyjnego (3).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że tworzy się kilka warstw materiału filtracyjnego o zmniejszającej się średnicy ziarna idąc w kierunku od rury filtrowej (1) na zewnątrz, w kolejnych nałożonych na siebie siatkowych rękawach.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wokół rury filtrowej (1 w równomiernych odstępach umieszcza się konstrukcję podtrzymującą, dla każdej warstwy odrębną.

4. Segment filtracyjny do formowania poddennych ujęć wody zawierający rurę filtrową, znamienny tym, że rura filtrowa (1), otoczona jest co najmniej jedną warstwą (3), materiału filtracyjnego umieszczonego w konstrukcji podtrzymującej, złożonej z kołowych żeber dystansujących przymocowanych do rur filtrowych (1) na ich obwodzie, otoczonych poliestrową siatką (9) o oczkach dostosowanych do wielkości ziarna materiału filtracyjnego oraz nośną - heksagonalną siatką gabionową (10).

5. Segment według zastrz. 4, znamienny tym, że kołowa żebra dystansujące złożone są z obręczy kołowej 6, nałożonej na rurę filtrową 1 do której przymocowane są promieniowo, w równych odstępach żebra nośne 7, na których osadzona jest zewnętrzna obręcz kołowa 8.

6. Segment według zastrz. 4, znamienny tym, że jest wyposażony w trzy warstwy materiału filtracyjnego (3), (4) i (5), z których każda oddzielona jest walcową poliestrową siatką (9) o oczkach dostosowanych do wielkości ziarna materiału filtracyjnego oraz nałożoną na nią nośną, walcową heksagonalną siatką gabionową (10), przy czym każda warstwa ma niezależną konstrukcję podtrzymującą,