Трубный колодец (скважина)

Рис. 38. Схема трубного колодца: 1 — пробка; 2 — отстойник; 3 — сетка; 4 — сальник; 5 — обсадная труба; 6 — вспомогательная обсадная труба; 7 — глиняный замок; 8 — слой гравия; 9 — водоносный слой; 10 — водоупорный слой; 11 — межпластовый водоносный слой; 12 — водоупорный слой.

Рис. 39. Шурф для ручного бурения скважины: 1 — нижние лежни; 2 — нижний настил; 3 — обшивка стен шурфа; 4 - шурф 1,5x1,5 м глубиной 2—3 м; 5 — верхние лежни; 6 — верхний настил.

Как уже говорилось, дебит, или водообильность, колодца (суточное поступление воды) практически не зависит от диаметра шахты. Поэтому иногда (особенно при глубоком залегании водоносного горизонта, 15—20 м) быстрее и дешевле устроить колодец-скважину, который не требует рытья шахты: вместо этого бурят скважину диаметром 50—300 мм и укрепляют ее стенки обсадной трубой (из металла, асбоцемента, пластика). Такие колодцы чаще всего оборудуют электронасосами. Бурение очень глубоких скважин (более 40 м) обходится достаточно дорого. Имеет смысл строить такие колодцы для коллективного пользования — обычно они обладают достаточно большим дебитом и отличным качеством воды.

На месте будущей скважины роют шурф размерами 1,5x1,5 м и глубиной не менее 2 м (можно и глубже). Шурф защищает скважину от осыпания верхнего, наименее прочного слоя грунта. Стенки шурфа обшивают досками, чтобы не осыпались, а на дне устраивают пол: кладут строго горизонтально два лежня, укрепляют их колышками, поперек прибивают толстые (50-миллиметровые) доски 150-миллиметровыми гвоздями. По краям шурфа, на поверхности, тоже укладывают и укрепляют лежни и на них настилают пол (рис. 39).

Для бурения скважины (вращательного или ударного) используют буровую колонку, которую подвешивают с помощью буровой вышки, снабженной блоком с подъемником над точкой бурения. Буровая колонка состоит из буровых штанг, которые по мере углубления скважины наращивают с помощью переходных муфт. Снизу буровая колонка снабжена буровой головкой — режущим и/или ударным инструментом. Для вращения колонки используют вороток, а для удара — ударную бабу. Процесс бурения с использованием вышки показан на рис. 40.

Копер (вышка)

Проще всего изготовить вышку в виде треноги из слег (тонких бревен) диаметром 150—200 мм и длиной 8—9 м, скрепленных в вершине железным шкворнем. К этому же шкворню крепят блок для подъема бурильной колонки. Между двумя ногами укрепляют ворот или лебедку (таль, полиспаст). На третьей ноге можно врезать и прибить поперечины, служащие ступеньками.

Рис. 40. Буровая вышка (а) и проходка бура к водоносному слою (б) (шурф не показан): 1 — ноги; 2 — подъемник; 3 — буровая колонка; 4 — ступеньки для подъема рабочего к узлу крепления блока; 5 — бур.

Рис. 41. Верхний узел бурильной вышки: 1 — шкворень с шайбами и гайками, пропущенный через отверстия в ногах; 2 — серьга блока; 3 — блок; 4 — трос, перекинутый через блок, с крюком для подвешивания буровой колонки.

Рис. 42. Буровой вертлюг: 1 — серьга из прутка диаметром 16 мм, приваренная к кругляку; 2 — кругляк с центральным отверстием; 3 — хвостовик, верхняя часть которого вращается в кругляке и закреплена гайкой с шайбой и шплинтом, препятствующий самоотвинчиванию; средняя часть выполнена в виде шестигранника под гаечный ключ, а нижняя часть имеет резьбу для ввинчивания в муфту буровой штанги.

Рис. 43. Хомут-вороток: a — стальной; б — деревянный.

Для сборки треноги три одинаковые слеги укладывают рядом, в каждой слеге на расстоянии не менее 100 мм от тонкого конца просверливают отверстие на 2—3 мм больше диаметра шкворня (шпилька с резьбой М32 — М36) и собирают верхний узел с блоком, как показано на рис. 41. Затем подравнивают комлевые концы слег и поднимают треногу, устанавливая ее по отвесу, спущенному с блока, над шурфом. Концы ног слегка заглубляют в землю и утрамбовывают щебенкой.

К верхней буровой колонке привинчивают буровой вертлюг — шарнирную серьгу, которую цепляют за крюк подъемника. Благодаря шарниру при вращении буровой колонки трос подъемника не скручивается (рис. 42).

Для вращения подвешенной к крюку подъемника буровой колонки используют хомут-вороток (рис. 43).

Буровая колонка

Буровая колонка — это набор буровых штанг, соединенных муфтами в одну трубу. Штанга представляет собой трубу с утолщенными стенками из стали с высокими прочностными характеристиками (на сжатие, растяжение, скручивание).

Стандартная длина штанги — 3 м. При бурении без вышки или с невысокой вышкой используют укороченные штанги длиной 1,5 м.

Штанга на обоих концах имеет резьбу, которая служит для наращивания длины колонки с помощью муфт.

В качестве обсадной трубы стоит воспользоваться пластмассовой трубой для питьевой воды (O160 мм или 200 мм). Преимуществ много: малый вес упрощает ручные работы; отсутствие коррозии также немаловажный фактор. Отрезки трубы должны быть сварены сплошным швом, например, мощным паяльником, или герметично соединены иным способом. Опускаемая в скважину труба должна быть герметичной по всей длине!

На собранную колонку сверху навинчивается вертлюг для вывешивания на крюке подъемника, а снизу — переходник, имеющий специальную коническую резьбу под хвостовик буровой головки.

Вместо стандартных штанг можно использовать (при бурении на глубину до 30 м) стальные водопроводные (или газовые) трубы, но соединительные муфты должны быть не чугунными и не бронзовыми, а стальными, длиной не менее двух диаметров.

Напомним, что на водопроводных трубах и муфтах нарезается не метрическая, а трубная резьба.

Трубная резьба обозначается: d"труб., где d" — внутренний диаметр трубы в дюймах.

Для ударного бурения можно использовать и жерди, изготовленные из стволов молодых деревьев (ели, дуба, лиственницы, ясеня). На конец жердей насаживают отрезок стальной трубы, снабженной резьбой.

Буры (буровые головки)

Рис. 44. Буровые головки: 1 — бур-ложки (гладкая и спиральная); 2 — спиральный бур (змеевик); 3 — бур-долото (плоское, коническое и пирамидальное); 4 — желонка.

Буровая головка — это режущий или ударный (или и то и другое) инструмент, который крепится на конце нижней штанги буровой колонки (рис. 44).

Режущий (вращательный) бур врезается в породу при вращении, при этом бур опускается вглубь, а порода заполняет полость между режущими плоскостями бура по всей его высоте.

После этого буровую колонку с буром извлекают и очищают от породы. Если буровая головка имеет небольшую длину, она захватит мало породы, и весь цикл (спуск, вращение, извлечение, очистка), в котором собственно бурение занимает по времени незначительную часть, придется повторять слишком часто.

Поэтому понятно, что надо применять буры достаточно длинные — это увеличивает производительность каждого цикла и существенно сокращает время бурения скважины в целом.

Существуют различные конструкции буров — они предназначены для бурения в породах разной устойчивости.

Бур-ложки применяют для бурения малоосыпающихся пород (влажный песок, глинистый песок, суглинок, песчаная глина, песок с мелким гравием). Конструктивно буровая ложка представляет собой стальной цилиндр с продольной или спиральной прорезью, снабженный резьбовым хвостовиком. Изготавливают ее или из свернутой стальной пластины, или из стальной трубы с обязательной последующей закалкой. Длина ложки около 700 мм, диаметр зависит от диаметра скважины и обсадной трубы. Стандартные диаметры бур-ложек и соответствующих обсадных труб приведены ниже в таблице 3.

Спиральный бур (змеевик) предназначен для глин и суглинков, содержащих гравий. Его рабочая часть конструктивно выполнена в виде скрученной в спираль (наподобие сверла) стальной полосы. Нижний конец бура представляет собой нож; шаг спирали равен диаметру. Для того чтобы изготовить змеевик, полосу инструментальной стали нагревают в кузнечном горне до белого каления. Один конец зажимают в тиски, другой - скручивают ключом. Стандартные размеры спиральных буров (диаметр х длина в мм) приведены в таблице.

Бур-долото применяют для ударного бурения в твердых породах. Долота бывают разной формы: плоские, крестовые и пр. Во время работы после каждого удара их нужно повернуть примерно на 15° (1/12 оборота) для получения круглой скважины.

Желонка — это инструмент, предназначенный для извлечения как осыпающейся и рыхлой, так и пробуренной породы (например, долотом).

Извлекают породу с помощью желонки ударным способом, поэтому внизу у нее имеется острый башмак, диаметр которого превышает диаметр корпуса на 4—6 мм.

Корпус желонки — цилиндр длиной 2—3 м, изготовленный из стальной трубы (например, газовой), а дно снабжено клапаном (стальным шаром или диском), который не позволяет породе высыпаться, когда ее после заполнения начинают поднимать вверх. В таблице 3 приведены стандартные размеры желонок и соответствующих обсадных труб.

Обсадная труба

Обсадная труба защищает скважину от осыпания и обвала стенок при проходе через сыпучую (неустойчивую) породу и от проникновения воды при проходе через водоносные горизонты с непригодной для употребления водой.

Внутренний диаметр обсадной трубы должен быть на 7—15 мм больше диаметра башмака или соединительной муфты буровой колонки.

Обсадные трубы наращивают с помощью соединительных муфт.

Рабочий (нижний) конец обсадной трубы снабжают башмаком-муфтой, нижняя часть которого обработана в виде режущей кромки (рис. 45).

Рис. 45. Башмак обсадной трубы: а — зубчатый; б — гладкий; 1 — зубья; 2 — гладкая режущая кромка; D — диаметр режущей кромки (на 3—5 мм больше диаметра соединительной муфты обсадных труб).

Для свинчивания и развинчивания труб используют цепной ключ, а если такового нет, можно применить рычаги (лом или деревянную вагу) с канатными петлями, которые навиваются на свинчиваемые трубы и затягиваются при вращении продетых в них рычагов.

Процесс бурения скважин

Сначала, как было сказано, на месте будущей скважины роют шурф и устанавливают настилы. Затем над ним устанавливают вышку, снимают верхний настил, по отвесу, спущенному с блока, отмечают центр на нижнем настиле и выпиливают отверстие по диаметру башмака обсадной трубы или соединительной муфты буровых труб. Затем укладывают верхний настил и по тому же отвесу проделывают в нем такое же отверстие. Эти отверстия обеспечат вертикальность буровой колонки (это необходимо для успешного бурения).

Далее собирают бурильную штангу (снизу навинчивают бур, сверху — вертлюг) и вывешивают ее над отверстием.

С помощью подъемника штангу опускают в шурф сквозь оба настила. Если необходимо, наращивают бурильную колонку второй штангой. Затем на удобной высоте (1 — 1,5 м) крепят на штанге хомут-вороток.

Начинают бурение, вращая штангу вдвоем, передавая друг другу рукоятки воротка. Третий периодически проверяет вертикальность бурильной штанги с помощью отвеса (это необходимо на начальном этапе бурения).

На штанге делают отметку (мелом) на высоте 600—700 мм от верхнего настила. Затем начинают вращать штангу до тех пор, пока отметка не опустится до настила. После этого штангу извлекают подъемником, очищают бур от породы, снова опускают штангу и делают на ней новую отметку. Потом переставляют хомут на удобную для работы высоту. Если колонку необходимо нарастить, снимают с нее вертлюг, навинчивают переходную муфту (отрезок трубы с соответствующей внутренней резьбой; его длина должна быть не менее двух диаметров штанги), в нее ввинчивают следующую трубу, а на верхний конец этой трубы снова вертлюг.

В устойчивой породе можно пробурить скважину на всю глубину, не используя обсадную трубу.

Если же порода обваливается в скважину, то сначала бурят скважину глубиной 1—3 м (сколько удастся) и опускают в нее обсадную трубу с башмаком, забивая и завертывая ее. Внутренний диаметр обсадной трубы должен быть на несколько миллиметров больше диаметра муфт колонки. Забивают трубу кувалдой через деревянную прокладку. Если труба плохо опускается, ее вращают по часовой стрелке и против.

Если грунт мягкий, иногда удается осадить трубу одним забиванием, не вращая.

После заполнения трубы породу извлекают желонкой.

На этом этапе следуют повторяющиеся циклы: снимают вертлюг, навинчивают новую штангу с помощью муфты, на нее навинчивают вертлюг и накидывают его серьгу на крюк подъемника, переставляют хомут, делают отметку мелом и бурят.

При бурении неустойчивых пород бур не должен опускаться ниже башмака обсадной трубы более чем на половину своей длины (во избежание обвала).

Поэтому бурение чередуют с осаживанием обсадной трубы, которую при необходимости также наращивают с помощью соответствующих ее резьбе соединительных муфт. Понятно, что перед тем, как навинтить новую обсадную трубу, ее надо надеть на буровую колонку, сняв с последней вертлюг. Обсадную трубу поднимают на нужную высоту тоже с помощью подъемника. Для этого на трубе закрепляют съемный хомут-вороток и накидывают на него две петли из троса на рукоятки воротка и на крюк подъемника.

Длина обсадной трубы должна быть не слишком велика, иначе для ее осаживания и для вращения воротка, надетого на бурильную штангу, придется работать на помосте. Такой помост, если все же необходимо его использовать, устраивают в виде настила, который крепят к ногам буровой вышки.

Если буровая колонка плотно сидит в скважине, ее отрывают от породы, используя две ваги (балансы), которые опирают на козелки (рис. 46).

Рис. 46. Извлечение буровой колонки с помощью ваг: 1 — козелки; 2 — ваги; 3 — хомут-вороток или специальный разъемный хомут для упора ваг; 4 — буровая колонка.

На глубину до 20 м скважину диаметром не более 75—80 мм можно бурить без треноги. Не стоит слишком наращивать длину рычагов воротка. Вращать станет легче, но можно скрутить штангу.

Приемы бурения

Пески проходят бур-ложкой или желонкой, добавляя в скважину немного воды и глины (в качестве смазки). Если песок утрамбовался, применяют долото. Пока бур не войдет в водоупорную породу ниже водоносного слоя, используют обсадные трубы.

Пески-плывуны проходят желонкой ударным способом, одновременно осаживая трубу. Желонка должна быть длинной, а ее клапан — хорошо подогнан.

Вязкие глинистые породы можно бурить желонкой без клапана, бур-ложкой, змеевиком. Если порода твердая, ее периодически рыхлят долотом на глубину 500—700 мм. Обсадные трубы не применяют, если скважина не обваливается. Если глина мягкая вязкая, пользуются желонкой не только без клапана, но даже без башмака (или буром-змеевиком), поднимая и опуская его на 100—150 мм через несколько оборотов.

Через 500—700 мм инструмент вынимают и очищают, перед опусканием доливают около ведра воды.

Галечники и гравийные породы проходят с обсадными трубами, работая поочередно долотом и желонкой.

Подготовка скважины к работе

Когда скважина прошла водоносный горизонт и дошла до нижнего водоупорного слоя, ее тщательно очищают желонкой. Затем измеряют глубину скважины от верхнего настила до дна водоносного слоя. После чего в водоносный слой на колонне водоподъемных труб опускают фильтр. Он должен опускаться свободно, без закрутки. Далее пространство между фильтром и стенками скважины засыпают чистым крупным песком или мелким гравием, одновременно с этим поднимая колонну обсадных труб на всю высоту фильтра. Эта засыпка также способствует очистке воды.

Если фильтр со временем засорится, его придется вынуть из скважины и промыть, затем поставить на место, предварительно очистив скважину желонкой от засыпки, а после установки фильтра опять засыпать пространство вокруг него.

Сто лет назад в энциклопедии писали: «Для быстрого получения грунтовых вод нередко употребляют трубчатые, нортоновские или абиссинские колодцы, состоящие из полой чугунной трубы с заострением и продырявленной на нижнем конце; такая труба вгоняется в грунт до водоносного слоя ударом тяжелой бабы об навинченную гайку; полученная вода выводится на поверхность откачкою вставленным в трубу насосом».

Фильтр

Фильтр — это важнейший элемент водоподъемного устройства скважины. Его задача — защитить водоподъемную трубу от песка, который всегда имеется в водоносном слое. Собственно фильтрацию обеспечивает металлическая сетка с ячейкой необходимого размера, опирающаяся на каркас, защищающий ее от смятия. Изображенный на рис. 47 фильтр конструктивно представляет собой трубу с перфорацией, вокруг которой с зазором расположена металлическая сетка. Зазор обеспечивает редкая навивка из проволоки.

Рис. 47. Устройство фильтра для скважины: 1 — труба; 2 — перфорация; 3 — навивка, обеспечивающая зазор; 4 — сетка.

Могут, конечно, применяться и другие конструкции фильтра.

Оформление надземной части колодца-скважины

После установки фильтра и водоподъемных труб шурф засыпают, разобрав деревянные обшивки и настилы, затем устанавливают ручной или электрический насос, устраивают вокруг места выхода скважины глиняный замок и отмостку (рис. 48). При желании вокруг насоса сооружают сруб с крышкой или деревянный навес.

Рис. 48. Колодец-скважина: 1 — фильтр; 2 — водоприемная часть скважины; 3 — водоподъемная труба; 4 — ручной насос; 5 — отмостка; 6 — скважина.

К ОГЛАВЛЕНИЮ

---

Ссылки на другие страницы сайта по теме «строительство, обустройство дома»:

• Проекты коттеджей, проекты домов. Интернет-магазин проектов коттеджей, домов
• Штукатурные работы
• Канализация