Приступая к строительству колодца, необходимы сведения о характере горных пород до водоносного горизонта. Среди них могут быть и рыхлые, и твердые каменные слои, и валунно-галечные отложения. Пройти твердые слои с помощью самодельного инструмента трудно, в связи с этим полезно припомнить, как эту проблему решали наши деды и прадеды.

Для проходки пластичных пород применяли ручное ударно-вращательное бурение, вращение различных буров, а для проходки твердых и сыпучих — долбежку долотами и стаканами. Инструменты подсоединяли к штангам из труб, которые вращали руками или попеременно поднимали и сбрасывали в забой. Диаметр скважины при этом достигал 200—250 мм.

Такой способ проходки скважин связан с рядом трудностей. При глубине более10 м длинные штанги гнутся, трудно избежать искривления

скважины, много времени уходит на соединение штанг. А когда бур натыкается на камни, работа становится просто невыполнимой. Да и изготовление отдельных инструментов требует кузнечной обработки массивных заготовок.

Дело можно существенно упростить, заменив штанги стальным тросом или веревкой. Такой способ бурения называют ударно-канатным, он и ныне отчасти используется в промышленности. Предтеча этого способа — применение бурового снаряда Шитца, состоящего из 4-х несложных инструментов.

С помощью этого инструмента бурят следующим образом. В назначенном месте буравом проделывают скважину глубиной 1—1,1 м. Сюда вертикально устанавливают столб диаметром 140—200 мм и закрепляют оттяжкой за якорь. В верхней части столба располагают поперечину с подкосом (блок 57). Подвешенный на ее свободном конце бурав наметит центр скважины. Этим же инструментом начинают ее проходку до глубины 1—1,1 м. Далее работу ведут коническим стаканом — это основной инструмент. Его поднимают за веревку, пропущенную через блок на высоту 1 м, и бросают. Стакан, врезаясь в дно скважины, заполняется грунтом, который, уплотняясь, удерживается в нем, пока инструмент возвращают на поверхность.

блок 57. Старинный буровой снаряд Шитца:

А — бурав; Б — конический стакан; В — цилиндрический стакан; Г — желонка; Д — буровой станок; Е — обсадная труба из досок

При твердом и сухом грунте в скважину подливают воду. Если грунт сыпучий или плывун, то в дело пускают желонку, ею извлекают и камни, которые проходят в отверстие под клапаном. В плывунах проходку скважины желонкой ведут с обсадной трубой, опуская их одновременно. Обсадную трубу выполняют из стали, чугуна, стеклопластика и др. Один из наиболее доступных для домашнего мастера вариантов — дощатая конструкция. Правда, современные материалы позволяют ее несколько упростить: шипы сделать вставными, а все соединения собрать на водостойком синтетическом клее, например, эпоксидном, с запрессовкой шурупами или гвоздями. Нижние концы досок заостряют и с небольшим отступом в них высверливают отверстия для воды.

Если снаряд Шитца изготавливать без помощи кузнеца, могут встретиться трудности. Так, даже в условиях достаточно оснащенного ремонтно-механического цеха весьма сложно изготовить конический стакан. Другая трудность применения бурового снаряда — с его помощью невозможно пройти породу с крупными валунами и сплошными каменными пропластами.

Умельцами старинное устройство было доработано, что позволило не опасаться при бурении скважины крупных камней и даже каменных плит.

Абиссинский забивной колодец — также изобретение далекого прошлого, поскольку после испытаний в 1869 г. в России его называли «к сожалению, забытым снарядом». Возле Царского Села было успешно пробурено несколько скважин, несмотря на содержание в поверхностных слоях известнякового камня, удалось получить свежую холодную воду. За 10 минут скважина была пройдена на глубину около 3 м, через полчаса насос, навинченный на конец трубы, давал чистую воду — одно ведро в минуту.

В современном исполнении водозаборная часть такого колодца (блок 58) представляет собой трубу с отверстиями для прохода воды, снабженную сетчатым фильтром, тарельчатым клапаном и копьевидным наконечником. Плотность посадки клапана обеспечивается резиновой прокладкой.

Копьевидный наконечник выполняют из твердой стали. Проволока (нержавеющая сталь, медь или ее сплавы, нихром) нужна для того, чтобы была возможность отодвинуть сетку от отверстий трубы, увеличивая этим пропускную способность фильтра для воды. Поэтому проволоку наматывают с зазором между витками, закрепляя ее в нескольких местах по длине трубы сваркой или пайкой медью. Поверх спирали располагают сетчатый фильтр. Сетка (латунь или нержавеющая сталь) может быть галунного или простого квадратного плетения. Предпочтительнее первая — в ней проволока основы более толстая и расположена на некотором расстоянии одна от другой, а проволока утка тонкая, нити ее вплотную прилегают друг к другу. Отверстия в галунной сетке имеют щелевидную форму, и поэтому меньше засоряются, чем в обычной.

блок 58. Абиссинский забивной колодец:

А — схема забивки в грунт (1 — хомут; 2 — блок; 3 — веревка; 4 — баба; 5 — подбабок; 6 — труба; Б — водоприемная часть

Сетку к трубе крепят сваркой, пайкой или сшивкой. При сварке или пайке сначала прихватывают один край, затем, натягивая сетку на трубу, закрепляют второй. Сшивку ведут так. Перед обтяжкой измеряют окружность трубы. Исходя из полученной величины, отрезают сетку, оставив припуск для заправки концов. Их загибают внутрь, в места изгиба вставляют проволочные стержни диаметром 2,5—3 мм и сшивают проволокой. Верхнюю и нижние кромки приваривают или припаивают к трубе.

Водоприемная часть, находящаяся ниже фильтра, должна иметь глухой резервуар: он будет служить сборником песка и ила, проникнувших через фильтр. Стремиться к тому, чтобы фильтр задерживал мельчайшие фракции песка, не следует — они, пройдя через сетку, либо вынесутся потоком воды на поверхность при откачке, либо осядут в отстойнике.

Вокруг трубы в водоносном слое при этом образуется окружение из более крупных частиц песка или гравия, которые впоследствии сами будут играть роль естественного фильтра. Если со временем водоприемный фильтр скважины все же забьется песком, очистить его можно так. Берут стальной пруток диаметром 12—14 мм, можно составной, по глубине скважины. На его конец наматывают металлическую сетку длиной 50 см с ячейкой 2—4 мм. Сетку опускают на дно скважины и двигают ею, стараясь зацепить побольше песка. Затем поднимают, очищают и повторяют операцию, пока фильтр не очистится.

Перед забивкой колодца роют яму размерами 800 х 800 х 1000 мм. Затем, присоединив к фильтру удлинительную трубу, на расстоянии 1000— 1500 мм от ее конца закрепляют подбабок. Надев на трубу бабку, в верхней части закрепляют хомут с двумя блоками так, чтобы свободный ход бабки составлял 1000—1300 мм. Трубу устанавливают в центре ямы, засыпают грунтом и утрамбовывают его. Теперь можно забивать колодец. Для этого бабку поднимают за веревки в предельно верхнее положение и отпускают. Падая, она ударяет по нижнему хомуту. По мере заглубления навинчивают последующие трубы.

Чтобы определить в процессе забивки, не появилась ли в колодце вода, в него на шнуре периодически опускают тонкую трубку небольшой длины. При ее соприкосновении с водой раздается характерный хлопок. Колодец заглубляют до тех пор, пока фильтр не погрузится в водоносный слой и уровень жидкости в трубе не поднимется над верхним краем фильтра на 500— 1000 мм. После этого забивку прекращают, а воду откачивают до полного ее осветления.

Буровые скважина и колодец. Умельцами придумано немало конструкций, с помощью которых проходить обычные грунты становится посильным занятием для одного человека. Приспособление П. С. Босивского (блок 59) позволяет бурить скважину диаметром до 160 мм на глубину до 20 м или колодец диаметром 38 см на глубину до 15 м.

Его основные части: тренога, бур со съемными штангами и вороток. Тренога (блок 59, А) состоит из кольца и прикрепленных к нему шарнирно трех ног. Она предназначена для поддержания штанг бура в вертикальном положении, направления бура при работе, а также для удобства и облегчения операций со штангами.

Кольцо диаметром 14 см выполнено из стальной полосы шириной 2—3 см и толщиной 0,5 см. К нему под углом 120° относительно друг друга приклепаны 3 ушка, которые вырезаны из стального уголка 50 х 50 мм и длиной по ширине

блок 59. Приспособление для бурения:

А — общий вид (1 — тренога, 2 — кольцо; 3 — ноги из уголка; 4 — буровая головка; 5 — вороток; 6 — ушки; 7 — штанги); Б — буровая головка (1 — ножи; 2 — направление вращения); В — крепление штанг к буровой головке (1 — стержень; 2 — отверстие под болт; 3 — заклепки; 4 — штанга; 5 — буровая головка; 6 — ножи; 7 — болт с гайкой); Г — вороток (1 — рукоятки; 2 — винт с рукояткой; 3 — сплющенная середина труб)

кольца. В каждом из них просверлено отверстие под болт крепления ног треноги, стальных уголков сечением 50 х 50 или 60 х 60 мм и длиной 5,5 м. Уголки меньшей длины соединяют заклепками или болтами и гайками. Ноги крепят к ушкам шарнир-но болтами диаметром 6—8 мм так, чтобы их можно было раздвинуть или сдвинуть по ширине.

Бур состоит из режущей буровой головки, набора штанг и воротка. Головку изготавливают из листовой стали толщиной 1—1,5 мм.

На листе стали вычерчивают круг диаметром 20 см и размечают сектор в 72°. Его вырезают из круга, оставив с одной стороны кромку шириной 2 см. При выгибании круга на конус она должна зайти на другую кромку вырезанного сектора, с тем чтобы по ней можно было скрепить круг на 4—5 заклепок. В результате получится конусная буровая головка.

После этого на головке размечают ножи — сначала 2 центральных длиной 3 см, затем 4 той же длины по краям конуса через 90°. Между ними посередине средние ножи длиной 6 см.

Закончив разметку, по краям основания каждого ножа сверлят 2 отверстия диаметром 3 мм. Все ножи вырезают шириной 15—20 мм и отгибают на угол 30—35° с расчетом, что бур будет вращаться вправо. Режущие кромки ножей затачивают.

Углы отгибания ножей в процессе пробного бурения возможно регулировать.

Конструкция и размеры режущей буровой головки для проходки скважины приведены на блок 59, Б.

Штанги изготовляют из стальных труб диаметром три четверти дюйма. Их количество зависит от длины труб и максимальной глубины бурения. Первую штангу, к которой прикреплена буровая головка, нужно распилить с нижнего конца вдоль на длину 10—20 см, разогнуть, подогнать, а затем приклепать к режущей буровой головке, как это показано на блок 59, В. Во второй конец трубы вставляют и крепят двумя заклепками стальной стержень толщиной, соответствующей ее внутреннему диаметру. Он должен выступать из трубы на 5—10 см, чтобы на него можно было надеть следующую штангу и закрепить ее болтом через отверстие в стержне и штанге.

Вороток (блок 59, Г) служит для вращения бура руками во время работы. По мере углубления бура его переставляют вверх по штанге.

Вороток состоит из основания, накладки и зажима. Основание — стальная труба диаметром три четверти дюйма. По его концам образованы рукоятки, которыми вращают бур. Между рукоятками труба приплюснута, в этом месте вырезают углубление в виде полуокружности диаметром 18 мм. По всей ее длине выпиливают зубья для лучшего сцепления со штангой, которую зажимают в этом углублении.

Накладку выполняют из такой же трубы, что и основание, средняя ее часть тоже приплюснута и имеет углубление, как и на основании. На этом углублении выпиливают зубья для зажима штанги бура.

Зажим состоит из П-образной скобы, которую накидывают на накладку и винт, прижимающий ее к основанию и тем самым зажимающий в воротке штангу бура. Скоба должна быть прочной и не прогибаться от усилия винта.

Накладка и П-образная скоба соединены с основанием шарнирно болтами.

Треногу устанавливают над местом предполагаемой скважины. На штангу с буровой головкой закрепляют вторую штангу, которую продевают в кольцо треноги. К штанге на удобной высоте крепят вороток и, поставив головку бура на землю, вращают бур вправо по часовой стрелке.

По мере заглубления бура вороток передвигают и добавляют следующую штангу. Периодически бур вынимают из скважины и стряхивают с него землю. Благодаря этому одновременно очищается и скважина. Чем тверже грунт, тем чаще нужно чистить бур.

Когда бур достигнет водяного горизонта, то им же замеряют толщину этого горизонта. Если она не более метра, то скважину бурят глубже водяного горизонта не менее чем на 1 м. После этого бур со штангами вынимают из скважины, треногу убирают.

Затем в скважину осаживают металлическую трубу того же диаметра, что и скважина, так, чтобы нижний конец был на уровне дна водного горизонта, если он не глубже 1 м. В стенках трубы — в той ее части, которая будет находиться в водном слое, — предварительно просверливают 10—20 отверстий диаметром 15—20 мм. Через них вода станет заполнять внутреннюю часть трубы. Если скважина глубокая и длины обсадной трубы не хватает, то на нее наращивают путем навинчивания еще одну или несколько таких же труб.

Водяным насосом откачивают всю загрязненную во время бурения воду, при этом под обсадной трубой образуется естественная емкость — своеобразный мешок, который служит для создания запаса воды в скважине.

На поверхности вокруг трубы сооружают от-мостку шириной 0,5 м. Снимают верхний слой грунта на глубину 15—20 см. Кладут гидроизоляцию из 2—3 слоев толя или рубероида, а на нее — жирную мятую глину толщиной 10 см, тщательно затрамбовав ее. Все это заливают бетоном слоем 10—12 см. Конструкция скважины представлена на блок 60

. блок 60. Конструкция скважины:

1 — насос; 2 — водяной пласт; 3 — гидроизоляция; 4 — отмостка; 5 — заборная труба; 6 — электрошнур; 7 — обсадная труба; 8 — глина; 9 — отверстия в трубе; 10 — водяной мешок

Вода из скважины поднимается любым электрическим насосом соответствующих размеров и рассчитанным на данную глубину.

Над скважиной сооружают укрытие, которое защищает ее от атмосферных осадков и попадания сора. Здесь же монтируют систему включения и отключения насоса от электросети.

Колодец сооружают аналогично скважине, его устройство показано на блок 61.

Над колодцем устанавливают небольшой сруб со стойками для воротка с металлической ручкой.

блок 61. Устройство бурового колодца:

1 — грунт; 2 — водяной пласт; 3 — гидроизоляция; 4 — отмостка; 5 — ведро; 6 — ремень или цепь; 7 — глина; 8 — обсадная труба; 9 — отверстия в трубе; 10 — водяной мешок

 

Для проходки скважин можно воспользоваться буром с подвижной насадкой (блок 62) еще одного талантливого умельца Н. Белова. Применение его бура с приспособлениями помогает пройти все виды пород.

При поднятой насадке почти весь крутящий момент приложен к лопастям бура. В опущенном положении ее расширенная нижняя часть увеличивает диаметр скважины и дает возможность проходить рыхлые, глинистые и сыпучие породы. Необходимой глубины достигают за счет присоединения к буру удлинительных труб болтами М8.

Изготовление бура начинают с подбора сверла. Его хвостовик приваривают к центральной трубе длиной 1500 мм, внешним диаметром 40 и толщиной стенки 6,5 мм. Затем из циркулярной пилы толщиной 2,5 и диаметром 170 мм, разрезав ее по диаметру, получают лопасти бура. Зубья укорачивают наполовину. Все их рабочие кромки затачивают под углом 30°. Лопасти приваривают к центральной трубе под углом 60°.

Насадку можно сделать из обрезка трубы с внутренним диаметром 180 мм, толщиной стенок 2 и длиной 250 мм. Нижняя часть ее шире на 5 мм и заточена под углом 30°. С внешней стороны трубы в продольном направлении приваривают пластину размерами 280 х 35 х 2 мм, выполненную из полотна двуручной пилы. Выступающие концы пластины затачивают, так как они — боковые подрезающие ножи, облегчающие проходку.

Еще потребуется два одинаковых стальных кольца с внешним диаметром 180 мм, одно — станет упорным, другое — разрезают на три равные дуги-поперечины. В одной из них на расстоянии 30 мм от конца просверливают отверстие диаметром 10 мм: сюда войдет нижний крючкообразный конец фиксатора.

Упорное кольцо вбивают в насадку на глубину 30—40 мм. Затем в него вставляют поперечины и пропускают ползун — трубу внутренним диаметром 42 и длиной 300 мм. Ее надевают на центральную трубу, лопасти которой вводят в насадку. (Возможен и коробчатый ползун, сваренный из уголков (блок 62, А, Б). Все это центруют с помощью деревянных клиньев, вбитых в зазоры между поперечинами, а также между корпусом насадки и лопастями бура. Затем поперечины приваривают к упорному кольцу, а ползун — к поперечинам так, чтобы расстояние от них до верхнего конца трубы-ползуна составляло 220 мм. Теперь приваривают направляющую ползуна — уголок размером 25 х 25 х 2 мм и длиной 100 мм. Чтобы при проходке скважин насадка вращалась вместе с буром, приваривают и направляющую к центральной трубе.

блок 62. Бур конструкции Н. Белова:

А — общий вид бура с насадкой (1 — ползун (труба 48 х 3 х 300); 2 — направляющая ползуна; 3 — направляющая центральной трубы (уголок 25 х 25 х 2 мм длиной 60 мм); 4 — центральная труба; 5 — ручка фиксатора (стальная пластина сечением 30 х 6 мм, длиной 100 мм); 6 — направляющая втулка фиксатора; 7 — пружина фиксатора; 8 — фиксатор; 9 — упорное кольцо (труба 180 х 6 х 30 мм); 10 — поперечина (3 шт., сечением 30 х 6 мм, длиной внешней дуги 151 мм); 11 — насадка (труба 184 х 2 х 250 мм); 12 — подрезающий нож (стальная пластина); 13 — лопасть бура (2 шт., изготовлена из циркулярной пилы диаметром 170 мм, толщиной 2,5 мм); 14 — сверло диаметром 25 мм; Б — вариант узла насадки; В — гарпун-камне-уловитель (1 — стержень (труба 40 х 6,5 х 300 мм); 2 — пластины (отрезки рессоры); 3 — клиновидные зацепы; Г — камнедробитель (1 — стержень (труба 40 х 6,5 х 750); 2 — поперечный нож (отрезок рессоры длиной 120 мм); 3 — зубило)

Фиксатор положения насадки выполнен из проволоки диаметром 7 мм и длиной 250 мм и изогнут под углом 90° так, чтобы горизонтальный конец имел длину 50 мм. В месте изгиба к фиксатору приваривают ручку из полосы стали сечением 30 х 6 мм. Для фиксатора на ползун приваривают направляющую втулку с отверстием диаметром 10 мм. После этого, перемещая ползун по центральной трубе, сверлят в ней отверстия под фиксатор — в нижнем, верхнем и среднем положениях насадки.

Диаметрально расположенные отверстия диаметром 9 мм в верхней части центральной трубы служат для присоединения к буру удлинительной трубы с внутренним диаметром 42 мм. Чтобы избежать люфта бура во время работы, трубы в местах их соединения должны входить друг в друга не менее чем на 150—200 мм.

Применение насадки позволяет предотвратить заклинивание породы и ее частичное высыпание обратно в скважину. Благодаря этому требуется и меньше усилий при подъеме бура. При прохождении рыхлых и сыпучих пород используют бур с низко опущенной насадкой. О ее заполнении судят по заметно возросшим тормозящим силам. В этом случае вращение прекращают и, 2—3 раза повернув назад — вперед на 5—10° центральную трубу, бур поднимают и нажатием ручки фиксатора на себя освобождают насадку, переводя ее в верхнее положение. После этого грунт можно легко удалить.

При прохождении слоев глины и суглинка чередуют нижнее положение насадки бура со средним или верхним. При среднем положении насадки бур позволяет проходить породы, содержащие гравий или небольшие камни размером до 70 мм. Камни от 70 до 150 мм извлекают из скважины гарпуном камнеуловителя (блок 62, В), насаженным вместо бура на удлинительные трубы.

Гарпун-камнеуловитель собирают из 3—4-х упругих рессорных пластин от легкового автомобиля, укороченных до 500 мм. К тонким скругленным концам пластин приваривают клиновидные зацепы, а срезанные концы отгибают в сторону выпуклой поверхности на угол 15° и приваривают к отрезку трубы внешним диаметром 40 мм и длиной 300 мм.

Валуны раскалывают камнедробителем — стальным стержнем длиной 500—700 мм, к нижнему концу которого приварены зубило и отрезок рессоры длиной 120 мм (блок 62, Г). Верхнюю часть стержня длиной 50 мм, имеющую форму цилиндра, можно присоединить к удлинительным трубам болтами М8. После того как валун разбит, осколки извлекают гарпуном-камнеуловителем.

Выполнить проходку скважины можно и буром, показанным на блок 63. Выбрав место для нее, роют яму (шурф) глубиной 1—1,2 м и над ней устанавливают треногу. Затем берут обсадную трубу, навертывают на ее нижний конец бур, а на верхнем конце закрепляют ворот. После этого обсадную трубу подвешивают к треноге с помощью блока.

блок 63. Проходка буром:

1 — блок; 2 — тренога; 3 — бур

Процесс бурения заключается в следующем. Вращая трубу воротом вправо, ее заглубляют в почву на всю длину бура. Затем трубу поднимают до уровня дна шурфа, вынимают землю из бура. Так работают до тех пор, пока вся труба не уйдет в землю. Если при этом бур не достигнет уровня залегания подпочвенных вод, навинчивают вторую трубу (с помощью соединительной муфты), и продолжают бурение. Как только бур дойдет до грунта, насыщенного водой, его снимают с трубы и заменяют фильтром. Тщательно уплотняют стык фильтра с трубой паклей, пропитанной суриком.

Опустив трубу в скважину, на ее верхний конец надевают муфту. На нее кладут деревянную прокладку. Теперь ударом кувалды осаживают трубу в грунт. Чтобы при этом можно было наблюдать степень погружения трубы, на ней делают отметки. Время от времени измеряют отвесом (грузиком) расстояние до уровня воды. Забивку трубы прекращают, как только слой воды в ней поднимется на 30— 40 см выше головки фильтра.

Проверять интенсивность поступления воды в скважину можно так. В верхний конец трубы наливают из ведра воду, если она будет быстро поглощаться скважиной, значит, бурение можно считать законченным. Остается установить насос.