Колодец
Часть четвертая
Поэтому, когда характер пород выяснен, подумайте, нельзя ли устроить очень простой, но замечательный по идее абиссинский забивной колодец. Еще век назад его описал К. И. Маслянников:
«Абиссинский (или нортоновский) колодец, этот отличный снаряд, почему-то, к сожалению, забыт в практике и в специальной печати. Главная часть колодца — наконечник из трубы диаметром 1 ^ 11^ и 2 дюйма и состоит из продырявленной газовой трубки вроде фильтра, снабженного на конце копьевидным утолщением, а внутри клапаном в виде шарика. Следующая принадлежность — копер (легкий треножник) и баба. Когда желают получить воду в данном месте, устанавливают треножник, навинчивают наконечник на газовую трубу, на которую надевают бабу, и бабой заколачивают трубу в землю. Затем навинчивают насос. Абиссинский колодец испытывался в 1869 г. возле Царского Села в нескольких местах и с большим успехом. Так, в одном первое колено было вколочено за 10 минут на глубину 10 футов (1 фут= 0,304 м) и вода показалась в трубке с уровнем в 3 фута. Насос давал воду в количестве 1 ведра в минуту. В другом, через 20 минут, на глубине 2 сажени (1 сажень =2,133 м) колодец был установлен и давал воду в количестве 1,5 ведра в минуту. Снятие колодца потребовало еще меньше времени, чем его установка». Достоинства абиссинского колодца очевидны:
устроен он очень просто, его можно быстро сделать и еще быстрее демонтировать. Но приведенная конструкция имеет примитивный фильтр (просто перфорированная трубка) и способна поднимать воду с глубины не более 7 м, поскольку использует всасывающий насос, действующий за счет атмосферного давления. Правда, колодец легко модернизировать, сделав фильтр сетчатым и применив погружной насос. Например, серийно выпускаемый глубинный садовый марки НГ-1 (производительность 15 л/мин, глубина подъема 30 м, длина с фильтром 1064 мм, присоединительный размер корпуса труб 11^ дюйма).
Можно даже обойтись без копра. В открытую яму глубиной около 1 м закапывают трубу с фильтром, по которой на веревках, перекинутых через блоки, может двигаться баба массой 25—30 кг. Она ударяет по укрепленному ниже стальному хомуту-подбабку и загоняет трубу в грунт. По мере заглубления колодца бабу и подбабок передвигают вверх по трубе, а на нее навинчивают следующую и т. д. Время от времени проверяют, не появилась ли вода в трубе, опуская в нее на шнуре небольшую тонкую трубку, которая при соприкосновении с водой издает характерный хлопок. Колодец заглубляют до тех пор, пока уровень воды в трубе не установится на 0,5—1 м выше верхнего края фильтра.
Понятно, что забивной колодец можно устроить лишь там, где водоносный пласт состоит из рыхлых зернистых пород (песок, мелкий гравий), а вышележащие породы тоже не слишком тверды и не содержат большого количества валунов.
Но то, чего не удается сделать одним лишь «битьем», достигается сверлением (вернее, бурением) твердых пород. Однако соорудить у себя на участке нечто подобное промышленной бурильной установке, конечно же, задача непосильная. На помощь приходит ручная ударно-вращательная проходка скважины, когда пластичные породы «одолевают» вращаемыми вручную бурами, а твердые и сыпуче-плывучие пробивают долотами и стаканами, которые раз за разом поднимают на штангах и вновь сбрасывают в забой. Рабочие органы этих орудий надо периодически осматривать, затачивать и при необходимости ремонтировать.
Буры изготовляют различных конструкций. С пластичными породами хорошо справляется так называемая ложка. Этот бур (рис. I—62) представляет собой полуцилиндр, свернутый из листовой стали с отогнутой режущей кромкой. Ложка забирает породу вертикальной и нижней режущими кромками и удерживает в своей полости. Низ ложки выполняют в форме ковшеобразного резца или с левой стороны отгибают в виде резца, а с правой — в виде выступа, между которыми пропускают и приваривают к телу орудия сверло по металлу. Ложковые буры делают с определенным вертикальным смещением — эксцентриситетом (е=10—15 мм), благодаря чему образуется скважина большего, чем у ложки, диаметра. Подобное «уширение» необходимо потому, что при опасности обвалов стенок скважины ее бурение и закрепление обсадной трубой ведут одновременно.
Иногда на пластичных, не обваливающихся породах применяют самодельный аналог простого садового бура—укрепленный на штанге стальной диск с вырезанным узким сектором и отогнутыми кромками. Однако он очень легко уходит в сторону, вызывая недопустимое искривление ствола скважины. И если с этим еще как-то можно бороться установкой центрирующего пояска, то об уширении скважины под обсадную трубу не может быть и речи.Для бурения плотных глин и суглинков с гравием применяют так называемые змеевики. Нижнему режущему лезвию этого орудия придают форму ласточкина хвоста и закаливают. Изготовить самому такой змеевик трудно, но можно использовать ледовые рыболовные буры или же отслужившие свое шнеки сельхозмашин. К отрезку из 3—4 витков шнека снизу приваривают сверло по металлу, а сверху — отрезок трубы для соединения со штангами. Ударные инструменты—долота изготовляют в заводских условиях, отковывая из цельных заготовок закаливающейся стали в специальных штампах. Формы их весьма разнообразны. Зубильное долото применяют для пород сравнительно невысокой твердости; двутавровое — для более твердых; крестовое — для твердых трещиноватых, в которых другие долота могут заклиниваться; скругляющее разрабатывает скважину более правильной округлой формы (двумя последними проходят также валунно-галечниковые пласты), пирамидальным дробят большие валуны. Угол заострения (двугранный угол) у долот для сравнительно мягких пород 70— 80°, а для твердых и валунно-галечниковых — 110— 130°.
Однако эти сведения нужно воспринимать как своеобразную информацию к размышлению. Изготовить такие долота без специального заводского оборудования чрезвычайно сложно, а вот позаимствовать их конструктивные принципы и формы при создании самодеятельных аналогов вполне резонно. Ведь для своих нужд их можно сделать составными: корпус сварить из мягкой стали, а режущую часть набрать из вставных зубильных лезвий, которые можно прогреть, вручную отковать и закалить.
Хотя, как мы знаем, есть долота, предназначенные именно для дробления валунов, все же в ряде случаев камни проще извлечь на поверхность, нежели дробить в забое. На сей счет самодеятельными бурильщиками придумано немало хитроумных устройств: различные «пауки», вилки с пружинящими зубьями и другие приспособления. Например, на ва-лунно-галечниковых отложениях, спаянных суглинком, нередко приходится поступать так: сначала размачивают суглинок, а потом заостренной штангой с приваренной на конце пластинкой выворачивают валун и ловят его в специальный сачок.
Эксцентрическое долото и расширитель применяют для разработки уширенной скважины под обсадную трубу. В сквозном окне корпуса расширителя установлены на оси два стальных закаленных и подпружиненных резца, которые полностью раскрываются лишь под нижним обрезом обсадной трубы, скалывая со стенок скважины лишнюю породу, а убираются, когда при ходе вверх инструмент вновь попадает в трубу.
Для бурения рыхлых, сыпучих и обломочных пород (пески, гравий, галечник, ил), в том числе наполненных водой, а также для чистки скважины после работы долотом применяют желонку. Она представляет собой обычно 2—3-метровый отрезок трубы, снабженной внизу башмаком с клапаном, а вверху — устройством для соединения со штангами, позволяющим, кроме того, поворачивать желонку вверх клапаном, чтобы убрать набившуюся породу. Клапан, как правило, делают плоским из стальной пластины с резиновым уплотнением или без него, а при небольших диаметрах применяют и шариковый клапан. Желонка — инструмент тоже ударный. Ее башмак врезается в породу, клапан приподнимается, и порода входит в трубу. Бурильщику, который впервые «изобретает» этот инструмент из случайных материалов, порекомендуем не гнаться за производительностью и сделать желонку покороче, скажем, около метра, и с боковым окном, чтобы можно было рукой дотянуться до клапана и очистить желонку от породы. Косынки и конус в верхней части желонки предназначены для того, чтобы при подъеме не зацепиться за обсадную трубу.
В качестве буровых штанг для колодцев глубиной до 25 м обычно используют газовые трубы диаметром до 42 мм. Отбирая их, надо внимательно осмотреть сварные швы, потому что при плохом качестве они легко расходятся от скручивающих нагрузок. Соединять штанги рекомендуется конической резьбой, но при самодельном изготовлении инструмента для этого, как правило, обращаются к фланцам. Цилиндрические резьбы от ударов сминаются, и развернуть их потом очень трудно. Если нет подходящих труб, штанги можно сделать деревянными с металлическими наконечниками и соединять их внахлестку. Разумеется, прочность и долговечность подобной конструкции оставляют желать лучшего.
Конечно, процесс ручного ударно-вращательного бурения можно облегчить, применяя лебедки и рычаги (балансиры), но все равно уже на глубине около 10 м проходка оказывается очень трудоемкой, длинные штанги гнутся, непросто избежать искривления оси скважины, много времени уходит на свинчивание-развинчивание штанг, возникает опасность их разрыва. И особенно нудной эта работа становится, когда бур «не идет», натыкаясь на камни...
Делу можно заметно помочь, если штанги заменить стальным канатом—тросом. Тем самым мы приходим к так называемому ударно-канатному способу бурения. В качестве ударного инструмента здесь применяют те же долота и желонку, но вместо вращательных буров — стакан-грунтонос. Раз за разом инструмент, подсоединенный к тяжелой ударной штанге, поднимают в скважине на высоту 1—1,5 м и резко сбрасывают. Для этого проще и компактнее приспособить вращающийся барабан диаметром 250—300 мм. Оттягивают трос веревкой, один конец ее набрасывают двумя-тремя витками на барабан, а другой соединяют с канатом посредством скользящего зажима. При отсутствии механического привода барабан можно вращать вручную, соорудив его по типу старинного донецкого ворота. Такой ворот диаметром до 2 м сколачивают из толстых досок, чтобы, сосредоточив его массу в основном на ободе, максимально использовать силы инерции.
Свойство стального троса несколько раскручиваться при нагрузке и опять закручиваться после ее снятия обеспечивает рабочему органу возможность поворачиваться при каждом ударе на некоторый угол, вырабатывая круглую скважину. Для этого трос с ударной штангой соединяют через специальное устройство — канатный замок Трос протягивают во втулку 3, которая может свободно вращаться в замке и перемещаться вдоль оси. Конец троса расчаливают на отдельные проволоки, очищают до металлического блеска и вырезают пеньковый сердечник. Потом проволоки загибают вверх, чтобы они смогли войти в коническую расточку втулки, затягивают туда канат и заливают каким-либо легкоплавким металлом. Опорная шайба 2 предохраняет корпус от расклепывания при ударах, а через отверстия 4 вытекает попавшая в замок вода.
Все познается в сравнении. И, наверное, только тот, кому пришлось поработать штангами, способен в полной мере оценить все достоинства ударно-канатного способа. Скважина в этом случае идет совершенно отвесно, прямолинейно, а о быстроте подъема и спуска инструмента не приходится и говорить, особенно если использовать лебедку с механическим приводом. Меняя инструмент, ударно-канатным способом проходят любые породы.
Однако мы не будем останавливаться здесь на подробностях в надежде, что строитель колодца сумеет сам приспособиться к «своим» породам, пробуя тот или иной инструмент. Скажем только, что дело часто облегчается, если в забой подливать воду. В ряде случаев рекомендуется увеличить массу ударной штанги, сделав ее составной с фланцевыми (а не с резьбовыми) соединениями.
Обсадные трубы для колодца лучше всего стальные, они прочнее других и легче соединяются. Впрочем, годятся асбестовые, пластмассовые, чугунные. Стальные обсадные трубы соединяют резьбовыми муфтами или сваркой; в последнем случае для удобства в работе трубу сначала нарезают на отдельные 3—4-метровые звенья. Линию разреза делают с мысиком, чтобы в последующем, при сварке, облегчить центрирование и стык не имел больших зазоров. Каждый разрез обязательно помечают краской. Звенья перед сваркой центрируют при помощи кондуктора. Шов встык полезно укрепить фланговыми швами с помощью накладок.
Звенья обсадных труб можно соединить на болтах при помощи стальных накладок шириной 15, длиной 100—200 и толщиной 5—7 мм. Узкие кромки накладок надо срезать под углом 30°, чтобы в трубе за них не цеплялся инструмент, а снаружи они легче проходили через грунт. На внутренних накладках нарезают резьбу Мб или М8 для крепежа. Стальные или чугунные обсадные трубы можно соединить без внутренних накладок, нарезав резьбу непосредственно в стенках звеньев.
Чтобы стык получился водонепроницаемым, его закрывают так называемой «мокрой» муфтой, которую выполняют из нескольких полосок стеклоткани на эпоксидном или другом надежном синтетическом клее. Но прежде стык необходимо очистить от загрязнений, ржавчины и тщательно обезжирить ацетоном или растворителем для нитроэмали. В тех же составах надо промыть и стеклоткань, а затем просушить 2—4 часа. Обматывать стык нужно полосками разной ширины (каждая верхняя должна быть на 20—30 мм шире нижней) и перекрывать ее кромки. «Мокрая» муфта после отвердения клея становится весьма прочной, но все равно следует поставить наружные накладки и прижать ими стеклоткань, предупреждая сдвиг уплотнения при трении о грунт.
На нижний торец обсадной трубы устанавливают башмак — гладкий или с зубьями (фрезер), концы которых закаливают или чугунят.
Одна из самых досадных и, увы, нередко случающихся в процессе бурения неполадок — обрыв инструмента. Как извлечь из глубины скважины оставшуюся там часть рабочего устройства? Для этого и придуман специальный ловильный инструмент. Например, оторвавшиеся штанги вытаскивают при помощи ловильного винта. Делают его из закаливающейся стали по типу метчика, которым нарезают резьбу. Но если такой винт не удается вставить в отверстие штанги, применяют ловильный колокол, снабженный внутренней конической резьбой и продольными канавками для стружки. Иногда оторвавшуюся штангу удобнее подхватить под муфту с помощью так называемого «счастливого крюка», изогнутого в горизонтальной плоскости. На рисунке показан ловитель для подъема ударной штанги с инструментом, когда при ударно-канатном бурении канат вырывается из замка. Входя в это приспособление, канатный замок торцом своей верхней части приподнимает траверсу 2, штифты 3 освобождают зубья 4 и ловитель захватывает замок за конические проточки. В более массивных ловителях удается обойтись без траверсы и штифтов. Вместо винтовых пружин можно использовать кольцевую резину от велосипедной камеры.
Но вот наступает радостный момент: в скважине показалась вода, а значит, главные трудности позади. Однако вопросы все равно остаются. Например, как устроить водоприемную часть колодца? Тут многое зависит от того, что собой представляет водоносный слой. Если в нем, у нижнего торца обсадной трубы, удается выработать желонкой достаточную полость, которая исправно заполняется водой и при этом не затягивается, не заиливается, то лучшего и желать не следует, поскольку можно обойтись без фильтра.
Но все-таки чаще фильтр оказывается необходимым. Тогда лучше его детали изготовлять из одного и того же металла, это уменьшит вероятность возникновения электрохимической коррозии. Обычно фильтр делают сетчатым. Трубу для него можно взять готовую или же свернуть из листа, предварительно просверлив в нем отверстия и зачистив их от заусенцев. На перфорированную часть трубы наматывают проволоку с зазором между витками 1,5—2 мм для прохода воды. Проволоку приваривают или припаивают к трубе по концам и в нескольких местах по длине фильтра. Затем на проволоке закрепляют с помощью сварки, пайки или сшивки фильтрующую сетку из меди, латуни, фосфористой бронзы или аналогичных материалов. Сетка должна быть тканая, полотняного или саржевого переплетения с квадратными, прямоугольными или нулевыми ячейками. Проволока на перфорированном участке позволяет увеличить скважность фильтра, то есть его пропускную способность.
Если применяют сварку или пайку, то сначала эту операцию проводят на одном краю сетки, затем натягивают ее на трубу, а потом закрепляют второй край. Сшивают же сетку следующим образом. Перед обтяжкой измеряют окружность трубы и отрезают сетку с припуском для заправки концов. Их загибают внутрь, а в местах изгиба вставляют проволочные стержни диаметром 2,5— 3 мм, чтобы не порвать полотно при стягивании краев. Для сшивки используют проволоку. Верхнюю и нижнюю кромки сетки приваривают или припаивают к трубе.
Водоприемная часть колодца под фильтром должна иметь глухой резервуар, который послужит сборником проникших через сетку песка и ила. Излишне заботиться о том, чтобы фильтр задерживал мельчайшие фракции, поскольку они пройдут через фильтр и затем либо вынесутся потоком воды на поверхность, либо осядут в отстойнике. Тогда образуется окружение из более крупных частиц песка или гравия, которое обладает естественными фильтрующими свойствами.
Фильтр вставляют в обсадную трубу с помощью штанги, после чего, удерживая его штангой, обсадную трубу приподнимают. Происходит обнажение фильтра — он оказывается открытым. В колодцах с напорной (артезианской) водой между фильтром и обсадной трубой устанавливают сальник из резины или просмоленного пенькового шнура.
Можно сделать фильтр и из крупнопористого бетона — материала, о котором мы уже говорили. Такие фильтры выполняют в виде трубчатых блоков длиной 200—400 мм и толщиной стенки 30—35 мм, которые помещают в трубчатый каркас с окнами и по торцам скрепляют цементным раствором. Уже через сутки конструкция готова к тому, чтобы опустить ее в скважину. Фильтр из крупнопористого бетона монтируют и на внутреннем перфорированном каркасе, установив всю колонну блоков на деревянной пробке. При значительном дебите скважины фильтр целесообразно расположить ниже статического уровня воды, а сальник сделать гравийным, как показано на том же рисунке. Тогда в полости обсадной трубы над фильтром образуется большее пространство для насоса. В ряде случаев фильтр можно сделать, как в шахтном колодце, насыпав на дно скважины слой мелкого гравия толщиной 30—40 см.
Заканчивая наш рассказ о колодцах, нельзя обойти вниманием самый трудный случай, когда скважину бурят в многометровых валунно-галечниковых отложениях. Таких мест не так уж много, однако они есть.
И все-таки здесь тоже успешно действуют самодельные трубчатые колодцы. Устройство, можно сказать, типичного для таких геологических условий трубчатого колодца показано на рисунке 1—75. Каменный слой проходят скважиной возможно большего (около 300—350 мм) диаметра, чтобы из нее проще было извлекать валуны. Временно ее обсаживают любым подручным материалом, даже кровельным железом или досками. А пройдя «каменный» пласт, бурят обычную скважину.
А можно поступить иначе: валунную толщу пройти шахтным колодцем, а с его дна пробурить трубчатый или даже забить абиссинский. Кстати, последний вариант следует рекомендовать тем, кто имеет дело с артезианской водой. Вскрывать шахтой такой водоносный слой опасно: лучше, отрывая шахту, остановиться на отметке на 1—1,5 м ниже статического уровня воды, а потом забить трубу, как для абиссинского колодца. Артезианская вода будет подниматься по этой трубе, и в шахте установится запас воды, соответствующий ее статическому уровню. Вот и получается своеобразная комбинация шахтного и трубчатого колодцев.
И еще об одном, пусть не главном, но все же немаловажном обстоятельстве. Служа источником воды, колодец, конечно же, в первую очередь играет сугубо функциональную роль. Однако его надземная часть и прилегающая площадка, оформленные с выдумкой и вкусом, могут стать существенным элементом декоративного убранства участка, придать ему нарядный вид, украсить усадьбу. И в самом деле: затратив столько сил на сооружение колодца, надо позаботиться, чтобы он радовал глаз, выглядел красиво. Ну, например, так, как на рисунке I—76 нам рекомендуют архитектор и художник.