КОЛОДЕЦ

КОЛОДЕЦ, вертикальное гидротехническое сооружение для захвата и сбора подземных вод в целях водоснабжения или отвода (сброса) поверхностных, канализационных и дренажных вод. К. различаются по характеру питания водой, способу постройки и материалу крепления стенок их. К., использующий неглубокие и ненапорные грунтовые воды, называется грунтовым. К., забирающий напорные, б. ч. глубокие воды, нередко поднимающиеся в нём на значительную высоту, а иногда и выливающиеся на поверхность земли, называется артезианским. К. для спуска поверхностных или почвенных вод в целях осушения, а также и К. для сброса канализационных вод в глубинные или гравелистые слои грунта называется поглощающим (см. Водоприёмник). К. может наполняться водой через дно или боковую стенку или одновременно через боковую стенку и дно. К. большого (от 0,7×0,7 до 4×4 м²) поперечного сечения, имеющие стенки деревянные (срубовые и реже дощатые), каменные, бетонные, кирпичные, железобетонные, чугунные и керамиковые, служащие не только для захвата подземных вод, но и для накопления их в довольно большом объёме, носят название шахтных; К. малого поперечного сечения со стенками, закрепленными обычно стальными трубами, называются трубчатыми.

Рис. 1, Обыкновенный с шатром срубовый колодец с донным питанием: 1 - обшивка оголовка; 2 - шатёр; 3 - бадья; 4 - фильтр из гравия и песка; 5 - срубовая стенка; в -каменная мостовая; 7 - гли-няный замок; 8 - крышка

По способу постройки К. бывают рытые (большинство шахтных К.) и буровые, сооружаемые посредством бурения скважин. Глубина шахтных К. бывает обыкновенно не более 40 м, но имеются К. (в Туркмении, на Сев. Кавказе) глубиной 100 - 120 М, Буровые трубчатые К. бывают глубиною до 600 и более метров. Деревянные срубовые шахтные К. в большинстве своём делают размером 1×1 м из брёвен, срубленных в косую лапу. При недостаточно водообильном горизонте для сбора запаса воды водоприёмную часть шахтного К. расширяют, устраивая т. н. шатёр (рис. 1). С целью предохранения стенок К. от повреждения бадьёй и для уменьшения охлаждения зимой оголовок сруба сужают до 0,7×0,7 м. Основными недостатками деревянных срубовых К. являются недолговечность их стенок (10 - 15 лет сосновых и ольховых и 25 лет дубовых и лиственничных), негигиеничность (образование на стенках плесени и слизи) и большая водопроницаемость стенок. Для постройки деревянных срубовых К. лучшие породы дерева - дуб, лиственница, сосна, ольха и вяз.

Железобетонные К. имеют внутренний диам. 1 м (рис. 2) и строятся из колец выс. 0,7 - 1 м. Состав бетона для железобетонных К.: 1 часть портландского цемента, 2 или 3 части песка и 3 или 4 части щебня или гравия.

Кирпичные К. (рис. 3) устраивают из хорошо обожжённого кирпича с внутренним диам. также в 1 м, при толщине стенки в 1 - 1¹/₂ кирпича. Стенки таких К. снаружи оштукатуривают цементным раствором, Стенки каменных К. делают из каменных плит или поштучного камня толщиной 0,3 - 0,5 м. При кладке стенок кирпичных и каменных К. применяют цементный раствор состава: 1 часть портландского цемента и 3 части кварцевого песка. Во избежание разрыва стенок кирпичных и каменных К., в их стенках через 3 м по выс. закладывают стальные кольца, которые соединяются между собою анкерными болтами.

При постройке шахтных К. сначала устанавливают ворот для подъёма выкопанного грунта бадьёй и, пока грунт устойчивый, роют К. без крепления, а затем возводят в шахте крепление (сруб, железобетонные кольца или кирпичную, каменную, бетонную кладку). В неустойчивых и осыпающихся породах сруб закрепляют и наращивают его снизу, углубляя дно. Крепление К. предохраняют от разрыва вертикальными железными стяжками или досками (к-рыми расшивают сруб). В маломощных плывунах углубление К. ведётся со шпунтовым ящиком с клапаном, а в мощных - со шпунтовыми стенками. Шпунтовый ящик для строящегося срубового К. состоит из бездонного дощатого ящика, имеющего перекрытие в виде четырёхгранной низкой усечённой пирамиды с четырёхугольным отверстием, к-рое закрывается вращающейся на петлях крышкой. Чтобы пройти плывун, сруб нагружают и открывают крышку шпунтового ящика, закреплённого в конце сруба, отчего плывун будет выходить через отверстие клапана, а сруб осядет. Затем клапан закрывают и выбирают плывун на поверхность. Т. к. мощные плывуны шпунтовым ящиком пройти не удаётся, то в К. забивают шпунтовые стенки из досок. Для этого внизу сруба собирают брусчатую направляющую для забивки раму и забивают шпунтовые дощатые сваи длиною 2 м неск. наклонно (для уширения сечения отверстия на толщину брусьев направляющей рамы и толщину сваи). Если сваи ещё не прошли весь плывун, после выборки на возможную глубину плывуна ставят новую направляющую раму и забивают вторые шпунтовые стенки, выбирают плывун и действуют в таком порядке, пока не дойдут до устойчивой породы, в к-рой крепление можно ставить обычным способом. В каменных породах прибегают к взрывным работам. При питании шахтного К. водой через дно, что чаще всего и бывает (особенно в мелкозернистом песке), на дно его насыпают обратный фильтр, для чего сначала насыпают слой песка, затем гравий и щебень.

Рис. 2. Закрытый шахтный колодец с боковым питанием из бетонных колец с деревянным насосом и будкой: 1 - будка; 2 - деревянная нагнетательная труба насоса; 3 - деревянный поршень; 4 - всасывающий клапан; 5 - штанга поршня; 6 - бетонное кольцо; 7 - гравийный фильтр; 8 - глиняный замок; 9 -каменная мостовая

Шахтные К. с креплением гончарными трубами диам. 0,7 м делают только мелкие (до 4 м), т. к. трубы хрупки, легко раскалываются от ударов при перевозке и опускании их в шахту, а изготовление труб на месте для одного-двух К. обходится дорого. Для питьевого водоснабжения основывать К. на верховодке (глубина 2 - 3 м) не следует. Для защиты шахтного К. от проникновения в него поверхностных вод делают глиняный кольцевой замок, покрытый каменной мостовой с уклоном от К. в 0,15, и окапывают канавой. Мостовую делают вокруг К. радиусом не менее 5 м. Во избежание загрязнения воды в К. он должен отстоять на расстоянии не менее 25 м от проезжих дорог, скотных дворов, свалок, навозохранилищ. Чтобы К. взаимно существенно не влияли на приток воды в них, они должны отстоять друг от друга на 100 и более м. Приток воды в К. зависит от мощности и водопропускной способности питающей К. водоносной породы и от водоприёмной способности К. Большинство шахтных К. обладает производительностью от 2 до 12 м³ в сутки. Наименьшая глубина воды в К. при самом усиленном водоразборе бадьёй или насосом д. б. 1 - 1,5 м, т. к. между приёмным отверстием всасывающей трубы и дном К. расстояние д. б. не менее 0,5 м, а заглубление этого отверстия над уровнем воды тоже не менее 0,5 м. Шахтные К. при нек-рых своих достоинствах (простота и дешевизна устройства при небольших глубинах, возможность использования бедных водою горизонтов, возможность постановки в них многих видов водоподъёмников) обладают по сравнению с трубчатыми К. рядом крупных недостатков: они легче загрязняются, проходка их на глубину 25 м и более затруднительна и часто экономически нецелесообразна, условия копки К. тяжелы и вредны для здоровья рабочих, проходка их в плывунах и твёрдой породе представляет большие технические трудности.

Рис. 3. Открытый кирпичный колодец с донным и боковым питанием с ручным металлическим поршневым насосом: 1 - брусчатая рама; 2 - насос; 3 - сальник насоса; 4 - нагнетательная- труба; 5 - промежуточная рама; 6 - анкерные болты; 7 - рычаг качалки; 8 - штанга поршня; 9 - уровень воды; 10 - крышка; 11 - мостовая; 12 - глиняный замок; 13 - всасывающая труба; 14 - приёмная сетка с обратным клапаном; 15 - отверстия (пустые швы) для входа воды; 8 - песчано-гравелистый фильтр

Рис. 4. Абиссинский колодец:. 1 - стальной наконечник; 2 - фильтр; 3 - обратный всасывающий шаровой клапан в надфильтровой муфте; 4 - всасывающий плоский клапан насосной колонки; 5 - проходной поршень с плоским клапаном в колонковом насосном цилиндре; 6 - раструб со сливным патрубком насосной колонки; 7 - штанга поршня; 8 - кронштейн качалки с рукояткой

Трубчатые К. различают по способу бурения: 1) забивные (абиссинские К.), 2) обыкновенные буровые цилиндрические, сравнительно мелкие (до 40 м), и 3) глубокие буровые телескопические, добывающие воду глубоких напорных горизонтов. Абиссинский К. (рис. 4) устраивают путём забивки в грунт колонны из стальных (свинченных муфтами) труб до водоносного слоя. На нижнем конце колонны имеется фильтр; он состоит из дырчатой трубы, покрытой латунной сеткой и снабжённой внизу стальным остриём. Колонну забивают в землю при помощи металлической "бабы", к-рой ударяют по особому хомуту, надеваемому на колодезную колонну. Когда фильтр войдёт в водоносный грунт, на колонну навинчивают колонковый насос. Глубина абиссинских К. обычно не более 8 м, и качество воды в них, если они расположены вблизи населённых мест, бывает часто невысоким. Лучшим водоносным грунтом для устройства абиссинского К. считается крупнозернистый песчаный; удовлетворительным - обычный песчаный. Абиссинские К. устраивают очень быстро и легко транспортируют на новое место, а потому эти К. имеют большое значение при полевом водоснабжении.

Рис. 5. Буровой трубчатый колодец: 1 - насосный цилиндр; 2 - фильтр; 3 - переходная коробка с сальником; 4 - предохранительная труба; 5 - отстойник фильтра; 6 - печь; 7 - штанга насоса ;8 - стенка бетонной шахты; 9 - отводная труба; 10 - крышка люка; 11 - водоразборная труба; 12 - шкив лебёдки насоса с рукояткой для ручного подъёма ЕОДЫ; 13 - лебёдка насоса; 14 - электрический мотор для механического подъёма воды

По материалу стенок трубчатые К. подразделяют на стальные, деревянные и чугунные. Если в трубчатый К. поступает вода из трещиноватой каменистой породы, то он обычно состоит из буровой скважины, закреплённой на большей части своей длины обсадными трубами, а в месте забора воды скважина либо совсем не имеет обсадной трубы, либо она укреплена трубой, в стенках к-рой имеются отверстия. Трубчатый К., забирающий воду из крупно- и среднезернистого песчаного водоносного пласта, имеет фильтр. Фильтр чаще всего состоит из: 1) стальной обсадной трубы, в стенках к-рой имеются отверстия диам. 6 - 15 мм, расположенные на расстоянии 15 - 30 мм одно от др., и 2) надетой на эту трубу латунной (предпочтительнее - лужёной) или из нержавеющей стали сетки, имеющей в ср. 25 - 150 отверстий на 1 см². Обыкновенный буровой К. с деревянной будкой (рис. 5) состоит из фильтра, обсадной трубы, ручной насосной поршневой установки, бетонной шахты (с отводом воды из неё) и будки. В мелкозернистых песках с напорной водой и прикрытых надёжной кровлей фильтра совсем не ставят, а ведут усиленную откачку до образования в водоносном песке воронки вымыва, к-рая при уменьшенном расходе и служит водоприёмной частью. В таких же песках, при отсутствии надёжной кровли, а иногда и напора оказалось целесообразным применение гравелистопроволочного фильтра. Этот фильтр состоит из перфорированной трубы, с припаянными или приваренными по её образующим (вдоль) через 15 - 25 мм проволоками и обмотанной по винтовой спирали проволокой из нержавеющей стали, а затем гравелистой обсыпки.

Рис. 6. Глубокий трубчатый колодец (схема): 1 - фильтр; 2 - конечная обсадная колонна; 3 - промежуточная колонна; 4 -начальная колонна - кожух; 5 - шахта; 6 - уровень воды в состоянии покоя; 7 - уровень воды во время откачки; S - отстойник; 9 - томпон заобрезного пространства; 10 - асфальтовое или бетонное заполнение; 11 - фильтровый томпон

Телескопический стальной трубчатый К. глубиной до 120 м (рис. 6) состоит из фильтра диам. 75 - 150 мм, конечной колонны труб диам. 100 - 200 мм, промежуточной колонны труб 150 - 250 мм и начальной колонны труб 200 - 350 мм. Большинство бурений К. в СССР ведётся штанговым ударным и канатным способами (ручным и машинным), а в последнее время стали применять быстровращательный способ сплошным забоем, к-рый даёт проходку в смену, превышающую проходку ударного бурения в 2 раза и более (5 - 20 м в смену и больше). Ср. глубина телескопического К. 80 - 120 м. Срок службы трубчатых К. в ср. 25 лет.

В тех случаях, когда грунтовые воды залегают очень глубоко и они маломощны, а в существующих водоёмах (река, пруд) вода загрязнена и непригодна для водопоя скота, устраивают рядом с водоёмом для очистки воды К.-фильтр (рис. 7). К.-фильтр состоит в основном из водоприёмного оголовка в виде ящика, самотёчной трубы и собственно К.-фильтра. К. разделён перегородкой на фильтр и резервуар для очищенной воды; иногда для этого строят 2 отдельных колодца-резервуара. Для питьевых целей воду из К.-фильтра необходимо обезвреживать хлорированием, расходуя на 1 л воды 2 - 6 мг хлорной извести. Хлорированную воду до использования для питья надо отстаивать в течение 2 час. или пропускать через фильтр из активизированного угля. Если дно пруда хотя бы немного фильтрует и фильтрационная вода течёт в отложениях балки, то можно вырыть так наз. нажимной К. ниже плотины - близко к тальвегу балки. В случае малого притока воды в один К. их строят неск., лучше и в санитарном отношении, если К. закрытые, что, разумеется, относится ко всем шахтным колодцам.

Рис. 7. Колодец-фильтр: 1 - железобетонная водоприёмная камера; 2 - чугунный самотёчный трубопровод; 3 - железобетонная стенка колодца; 4 - насосный цилиндр; 5 - всасывающая труба насоса; 6 - лебёдка насоса; 7 - железобетонная перегородка; 8 - шкив лебёдки насоса с рукояткой; 9 - скобы лестницы; 10 - поплавковый клапан; 11 - песчано-гравелистый фильтр; 12 - резервуар чистой воды

Когда воду из К. разбирают только в течение очень малого числа часов суток (2 - 4), а дебит часовой К. меньше требуемого количества воды, тогда или делают запас воды в особых резервуарах на поверхности земли, или устраивают К. большего диаметра для сбора воды, или можно дебит К. повысить за счёт создания в нём разрежения, т. е. построить колодец-вакуум. Для устройства такого К. необходимо, чтобы водоносный пласт, питающий К., был прикрыт водоупорной породой и за креплением К. не было сквозных щелей, к-рые могли бы проводить воздух к водоносному горизонту. Если это соблюдено, тогда из обыкновенного К. можно легко получить колодец-вакуум. Для этого ставят в К. насос, делают на уровне воды плотный пол, к-рый тщательно конопатят, закрывают толевым листом с тщательной промазкой всех щелей соединений с креплением К. и трубой насоса. После этого наливают не менее 1 м толщиною слой очень густого глинистого раствора. Приток воды в такой К. возрастает в 2 и более раза против того притока, какой был в открытом К. Но следует иметь в виду, что при этом, вследствие усиленного притока при недостаточно рационально устроенной водоприёмной части К., может происходить усиленный вынос в К. водоносной породы - заиление.

Если К. является источником водоснабжения населённых пунктов, то выбор места для К. связан с возможностью установления санитарной зоны охраны. Нельзя устраивать К. для питья вблизи мест загрязнений - на склонах от населённых мест и предприятий, свалок, кладбищ, скотомогильников, стоянок скота и т. д.

При водоснабжении пастбищ расположение К. зависит от плана использования пастбища, скорости передвижения животных, площади пастбищ. Указывают след. расстояния равнинной местности (в км), к-рые животные могут проходить до водопоя без уменьшения продуктивности: дойные коровы 3 - 4, телята 1 - 1,5, кр. рог. ск. при нагуле 4 - 6, свиноматки с поросятами 1 - 2, свиноматки холостые 2 - 3, откормленные свиньи 1 - 2, овцы 5 - 6.

Для работ в поле колодцы желательно располагать по линиям обслуживания полей машинами и ж-ными на расстояниях, зависящих от вида работ и организации их.

Литература - см. Водопроводу Водоснабжение.