Приложение 6 (рекомендуемое). Расчет фильтровой обсыпки горизонтального дренажа

Приложение 6
Рекомендуемое

Расчет фильтровой обсыпки горизонтального дренажа

1. Водопроницаемость фильтра должна быть выше водопроницаемости дренируемого грунта:

при дренировании связных грунтов

; (1)

при дренировании несвязных грунтов

, (2)

где - коэффициент фильтрации обсыпки, м/сут;

- коэффициент фильтрации грунта, м/сут.

2. Фильтры, защищающие несвязные грунты, должны быть несуффозионными. Несуффозионность материала проверяется по условию

, (3)

где , - диаметр частиц, мельче которых в материале фильтра содержится соответственно 3%, 17% по весу;

- коэффициент неоднородности фильтровой обсыпки;

- пористость фильтровой обсыпки, определяемой по формуле:

, (4)

здесь =0,45 - для щебенистых грунтов;

=0,40 - для песчано-гравийно-галечниковых грунтов.

3. При подборе фильтровой обсыпки коэффициент неоднородности должен удовлетворять условию:

при устройстве дренажа в связных грунтах

; ; (5)

при устройстве дренажа в слабосвязных грунтах

; ; (6)

при устройстве дренажа в несвязных грунтах

, (7)

где - число пластичности.

В случае использования материалов фильтра с коэффициентом неоднородности, выходящим за пределы указанного диапазона, возможность их применения должна быть обоснована лабораторными и натурными исследованиями.

4. Толщина фильтра должна определяться из условия

. (8)

4.1. Толщина фильтра и его фракционный состав должны удовлетворять условиям и способам производства работ , где - минимальная толщина фильтра (8 ... 15 см), обусловленная способом производства работ.

4.2. Содержание в фильтре частиц диаметром менее 0,1 мм не должно быть более 10%.

4.3. Максимальный диаметр фракции в фильтре защищающего связный дренируемый грунт не должен превышать 40 мм.

5. При устройстве дренажа в связных грунтах зерновой состав фильтра должен удовлетворять условию

, (9)

где - расчетный диаметр пор фильтра, см;

- максимальный диаметр пор фильтра, см.

5.1. Если число пластичности дренируемого грунта при колебании его влажности в интервале пластичности , (w; ; - влажность соответственно на границе текучести и пластичности), объемный вес дренируемого грунта (скелета) принимается из условия

, (10)

где е - коэффициент пористости дренируемого грунта при соответствующей влажности w;

- удельный вес дренируемого грунта, .

5.2. Расчетный диаметр пор фильтра определяется по формуле

, (11)

где - эмпирический коэффициент, принимаемый равным

;

- расчетный градиент напора в дренируемом грунте на границе с фильтром;

- угол между направлением скорости фильтрации и силой тяжести принимается .

5.3. Если число пластичности дренируемого грунта и условие (10) не выполняется, то расчетный диаметр пор фильтра определяется по формуле

. (12)

Для дренируемого грунта супесь при условии

. (13)

Для пылеватых грунтов с содержанием частиц диаметром менее 0,05 мм, более 20% по весу

. (14)

6. Максимальный диаметр пор фильтра вычисляется по формуле

, (15)

где , - коэффициенты, принимаемые равными

; .

7. При устройстве дренажа в несвязных несуффозионных грунтах, исходя из условия непросыпаемости, гранулометрический состав фильтра должен удовлетворять условию

, (16)

где - межслойный коэффициент;

- допустимый межслойный коэффициент.

8. Допустимый межслойный коэффициент вычисляется по формуле

. (17)

9. Фактический межслойный коэффициент определяется по формуле

, (18)

где - диаметр частиц, которых в материале фильтра содержится 17% по весу;

- диаметр сводообразующих частиц, берется с кривой гранулометрического состава дренируемого грунта в зависимости от процентного содержания сводообразующих частиц .

10. Процентное содержание сводообразующих частиц в зависимости от коэффициента неоднородности дренируемого грунта и материала фильтра определяется по формуле

, (19)

где - коэффициент однородности дренируемого грунта;

- коэффициент, учитывающий размер пор фильтрового материала =3...5 - для песчано-гравийных и гравийно-песчаных смесей; ( = 5 - 8 для щебенистого материала);

- показатель степени

.

11. При устройстве дренажа в несвязных суффозионных грунтах диаметр сводообразующих частиц фильтра должен удовлетворять зависимости

, (20)

где - максимальный диаметр суффозионных частиц дренируемого грунта, определяемый по формуле

, (21)

где n - пористость дренируемого грунта в долях единицы;

k - коэффициент фильтрации дренируемого грунта, м/сут;

- ускорение силы тяжести, м/сут;

- коэффициент запаса, принимаемый  = 1 ... 1,5;

- коэффициент кинематической вязкости воды;

- коэффициент критической скорости, определяемый по формуле:

, (22)

где - объемный вес дренируемого грунта (скелета);

- приведенный коэффициент трения, определяемый по формуле

, (23)

где - коэффициент неоднородности скелета дренируемого грунта, при <50 и следует принимать =5.

При условии расчетное значение принимается по кривой зернового состава дренируемого грунта, принимая процентное содержание , частиц по формуле (19) при =3.

При диаметр сводообразующих частиц определяется по формуле (20).

Проектирование зернового состава фильтра при дренировании связных грунтов

12. Построение верхней границы зоны допустимых отклонений необходимо выполнять в следующей последовательности:

а) из условия (8) определяется величина диаметра

; (24)

б) вычисляется величина эффективного диаметра частиц, фильтра

, (25)

где - находится по формуле

;

в) определяется диаметр частиц фильтра при

, (26)

где - коэффициент, принимаемый по формуле

;

г) определяется контролирующий диаметр частиц фильтра

; (27)

д) максимально допустимая крупность фракций фильтра принимается равной ;

ж) через полученные значения ; ; ; ; проводится верхняя граница зернового состава фильтра.

13. Построение нижней границы зоны допустимых отклонений необходимо выполнять в следующей последовательности:

а) принимается в соответствии с требованием допустимого содержания частиц диаметра меньше 0,1 мм, =0,1 мм,

б) вычисляется минимальное значение контролирующего диаметра по формуле (27), где =2;

в) при =2 вычисляется диаметр по формуле (25).

Через полученные значения ; ; проводится нижняя граница зернового состава фильтра.

14. Проектирование кривой зернового состава необходимо выполнять в следующей последовательности:

а) в зависимости от числа пластичности, влажности грунта и выполнения условия (10) по формуле (11) или (12 - 14) находится расчетный диаметр пор фильтра;

б) принимается величина коэффициента неоднородности фильтра в пределах допустимого. Определяется пористость фильтра по формуле (4);

в) по значениям , и вычисляется максимальный размер фракций фильтра по формуле

;

г) по формулам (25, 26, 27) при известном определяется ; ; , после проводится проектная кривая зернового состава.

15. Предельные кривые зерновых составов фильтровых материалов при дренировании супесчаных суглинистых и пылеватых грунтов даны на черт. 6.1 (прил. 6).

Проектирование зернового состава фильтра при дренировании несвязных грунтов

16. Проектирование зернового состава фильтра, предназначенного для защиты несвязного несуффозионного грунта, необходимо выполнять в следующей последовательности:

а) в зависимости от материала фильтра и коэффициента неоднородности грунта определяется процентное содержание сводообразующих частиц по формуле (19);

б) определяется диаметр сводообразующих частиц ;

в) принимается величина коэффициента неоднородности фильтра в интервале допустимых значений. Пористость определяется в зависимости от выбранного значения по формуле (4);

г) исходя из условия непросыпаемости частиц дренируемого грунта в фильтр, определяется размер фракции фильтра по формулам (17) и (18);

д) определяется минимальный диаметр частиц фильтра по формуле

;

ж) при значениях = 10 ... 20 ... 100 вычисляются соответствующие значения по формуле:

,

- процентное содержание в составе грунта дренажной обсыпки частиц, имеющих по весу диаметр, меньший .

По найденным значениям строится проектная кривая зернового состава фильтра.

17. При подборе зернового состава фильтра допускается отклонение от расчетной кривой в пределах "зоны допустимых отклонений", которую выбирают так, чтобы расчетная кривая была ограничена снизу касательной и кривой, проходящей через точку . Верхняя граница зоны должна проходить через точку и на 3% выше точки расчетной кривой.

18. Проверяется выполнение условия (8).

Если условие не выполняется и по какой-либо причине толщину слоя фильтра увеличить нельзя, следует заново запроектировать состав фильтра путем соответствующего уменьшения размера максимальных фракций фильтрового материала.

Запроектированный фильтр должен удовлетворять условию (16).