Приложение 13 (рекомендуемое). Расчет фильтровой обсыпки для скважин вертикального дренажа

Приложение 13
Рекомендуемое

Расчет фильтровой обсыпки для скважин вертикального дренажа

Гравийно-песчаная обсыпка для вертикального дренажа должна удовлетворять следующим требованиям:

водопроницаемость гравийно-песчаной обсыпки должна быть значительно больше водопроницаемости грунта водоносного пласта;

предотвращать механическую суффозию грунта водоносного пласта и не кольматироваться;

обладать достаточной механической и химической прочностью и обеспечивать минимальные входные сопротивления при расчетных дебетах скважин.

Для оценки суффозионной устойчивости дренируемой водоносной породы следует построить дифференциальную кривую гранулометрического состава. Если эта кривая имеет разрывы и прогибы в содержании отдельных фракций, то водоносная порода является суффозионной. Для окончательного выбора фильтровой обсыпки необходимо грунт водоносного пласта разделить по месту разрыва или прогиба дифференциальной кривой на скелет и заполнитель.

Процентное содержание отдельных фракций в заполнителе и в скелете следует определять по формуле

%, (1)

где - содержание отдельных фракций в исходной породе, %;

- суммарное содержание фракций заполнителя и скелета в породе, %.

Далее следует построить интегральные кривые скелета и заполнителя, определить средний диаметр частиц заполнителя, рассчитать пористость и гидравлический эквивалент пор скелета.

Расчетную пористость скелета необходимо определять по формуле

. (2)

Максимально-возможная пористость скелета породы определяется при известном коэффициенте неоднородности скелета по графику (черт. 13.1), где вместо и принимается соответственно и .

Гидравлический эквивалент пор скелета следует определять по формуле:

, (3)

где - параметр неоднородности скелета, определяется по формуле:

, (4)

здесь , - диаметр частиц скелета грунта, соответствующий по размерам его пористости, которые определяются по интегральной кривой гранулометрического состава скелета;

- диаметр частиц скелета, соответствующий 50% содержанию, который определяется по кривой гранулометрического состава скелета.

Возникновение механической суффозии в породе определяется из условия

, (5)

где - диаметр сводообразующих частиц грунта водоносного пласта (заполнителя).

При известном коэффициенте неоднородности заполнителя

,

по графику (черт. 13.2) определяется процентное содержание сводообразующих частиц (, %) и с помощью интегральной кривой породы (заполнителя) диаметр .

Если условие (5) выполняется, то грунт считается суффозионным и проектирование фракционного состава гравийно-песчаной обсыпки для скважин вертикального дренажа следует проводить в следующей последовательности.

1. Определяется расчетный диаметр частиц гравийно-песчаной обсыпки по формуле:

, (6)

где - пористость фильтра определяется по графику (см. черт. 13.1);

- коэффициент неоднородности фильтра, принимается =4...8. Меньшее значение коэффициента неоднородности рекомендуется при подборе состава обсыпки для скважин вертикального дренажа, закладываемых в тонко- и мелкозернистых водоносных грунтах, а большее - в средне- и крупнозернистых.

2. Определяется минимальный диаметр частиц обсыпки по формуле:

, (7)

где - показатель степени ( = 1,77 ... 2,15).

3. Диаметр частиц обсыпки, соответствующей 10% содержанию определяется по формуле:

, (8)

4. Определяется диаметр частиц обсыпки, соответствующий 60% содержанию по формуле:

, (9)

Фракционный состав гравийно-песчаной обсыпки считается правильно подобранным, когда в ее составе имеются частицы всех размеров. Логарифмическая кривая гранулометрического состава обсыпки должна быть плавной и одновершинной. Коэффициент кривизны обсыпки для вертикального дренажа принимается  = 0,75 ... 1,2.

5. Определяется диаметр частиц обсыпки, соответствующий 30% содержанию по формуле:

, (10)

6. Межслойные коэффициенты при проектировании скважин в тонко- и мелкозернистых водоносных грунтах должны удовлетворять условию:

в мелко- и среднезернистых грунтах

; (11)

в тонко- и мелкозернистых грунтах

; (12)

в средне- и крупнозернистых грунтах

. (13)

7. Согласно формулам (11 - 12) определяется диаметр частиц обсыпки, соответствующий 50% ее содержанию

. (14)

Верхний предел значения диаметров частиц гравийно-песчаной обсыпки принимается 10, 20, 30 мм, соответственно для тонко-мелкозернистых, мелко-среднезернистых и средне-крупнозернистых грунтов водоносного пласта.

8. Таким образом, зная значения диаметров частиц ; ; ; ; ; и верхний предел гравийно-песчаной обсыпки проводится расчетная кривая подбираемого фильтра на полулогарифмической шкале.

Если водоносный грунт несуффозионный, тогда при проектировании фильтровой обсыпки за расчетный диаметр частиц грунта водоносного пласта принимается диаметр частиц, который определяется по интегральной кривой неразделенного на скелет и заполнитель грунта Водоносного пласта. Расчет гранулометрического состава гравийно-песчаной обсыпки для несуффозионных грунтов следует осуществлять как и для суффозионных.

График допустимой области подбора оптимального состава гравийно-песчаного фильтра приведен на черт. 13.3.

Толщина фильтра

Внешний диаметр скважины следует определять по формуле:

, (15)

где - длина фильтрового каркаса;

- безразмерный эмпирический коэффициент, зависящий от длины фильтра, коэффициента фильтрации водоносного пласта и фракционного состава гравийной обсыпки, принимается  = 7000 ... 7500 для оптимальной длины фильтрового каркаса  = 20 ... 25 м.

Толщина фильтровой обсыпки определяется по формуле:

, (16)

где - диаметр фильтрового каркаса.

Толщина фильтровой обсыпки для различных составов водоносных грунтов изменяется в пределах от 350 до 600 мм. Причем большее значение его относится к тонко- и мелкозернистым песчаным отложениям водоносного грунта, а меньшее - к крупнозернистым.

Фильтровая обсыпка устраивается однослойной и проектируется на всю глубину скважины.

Необходимый объем гравийно-песчаного материала для устройства фильтра следует определять по формуле:

; (17)

где - диаметр бурения, м;

- диаметр фильтрового каркаса, м;

- глубина скважины, м;

- коэффициент, учитьшающий расслаивание гравия, принимается = 1,20.