Приложение 7 (рекомендуемое). Расчеты систем трубчатого дренажа

Приложение 7
Рекомендуемое

Расчеты систем трубчатого дренажа

Методика расчета притока и понижения уровня грунтовых вод

7.1. Понижение уровня грунтовых вод в зоне действия однолинейного дренажа совершенного типа (рис. П.7.1) и единичный односторонний приток воды, поступающей к нему, определяются по формулам:*

; (П.7.1)

; (П.7.2)

.

Значения функций и берутся по графикам, представленным соответственно на рис П. 7.2, П.7.3.

7.2. Понижение уровня грунтовых вод в зоне действия однолинейного дренажа несовершенного типа (рис. П.7.4) и единичный односторонний приток воды, поступающей к нему, определяются по формулам:

; (П.7.3)

; (П.7.4)

.

Значения функций и берутся по графикам (рис. П.7.2 и П.7.3), а по графику (рис. П.7.5).

7.3. Расчет двухлинейного дренажа совершенного и несовершенного типов состоит в определении понижения уровня грунтовых вод в наружной и внутренней зонах и притока к нему из этих зон.

Понижение уровня грунтовых вод в наружной зоне двухлинейного дренажа совершенного типа (рис. П.7.6) определяется по формуле (П.7.1), а единичный приток воды к дренажу - по формуле (П.7.2).

Понижение уровня грунтовых вод во внутренней зоне двухлинейного дренажа совершенного типа определяется по формулам

, (П.7.5)

.

Значения функции берутся по графику (рис. П.7.7).

Единичный приток воды, поступающей к дренам из внутренней зоны двухлинейного дренажа совершенного типа,

, (П.7.6)

.

Значения функции определяют по графику (рис. П.7.8).

Понижение уровня грунтовых вод в наружной зоне действия двухлинейного дренажа несовершенного типа (рис. П.7.9) определяют по формуле (П.7.3), а единичный приток воды к дренажу из этой зоны - по формуле (П.7.4).

7.4. Понижение уровня грунтовых вод во внутренней зоне двухлинейного дренажа несовершенного типа определяется из выражения

, (П.7.7)

.

Значения функций и принимаются соответственно по графикам, представленным на рис. П.7.7 и П.7.5.

Единичный приток воды, поступающий к дренам из внутренней зоны 2-линейного дренажа несовершенного типа, рассчитывается по формуле:

, (П.7.8)

.

Значения функции принимаются по графику (см. рис. П. 7.8).

В формулах (П.7.1) - (П.7.8) приняты следующие обозначения: Q - расход дренажа, /сут.; t - время, сут.; а - коэффициент уровнепроводности можно принять равным 15-50 /сут для суглинков, 50-100 /сут для супесей; Т- водопроводимость пласта, /сут; - параметр, учитывающий дополнительное поступление воды из капиллярной зоны и за счет сжатия грунтового потока, можно принять равным 0,0024 для суглинков, 0,0035 для супесей; - ширина полосы инфильтрации, м; - расстояние от оси дренажа до точки, в которой определяется понижение уровня грунтовых вод, м; , , , - расчетные параметры, определяемые по графику или по формулам; - расстояние от оси симметрии до оси дренажа в схеме двухлинейного горизонтального дренажа совершенного типа, м.

Методика теплотехнического расчета выпуска воды из закрытого дренажа

Расчет выполняют в следующей последовательности:

7.5. Определяют термическое сопротивление трубопровода отводной линии, R,

, (П.7.9)

где - коэффициент теплопроводности мерзлого грунта, ; - приведенная глубина заложения трубопровода на участке отводной линии, м, определяется по формуле:

, (П.7.10)

где h - глубина заложения трубопровода от поверхности земли, м; , - толщина, м, и коэффициент теплопроводности снежного покрова, ; , - толщина, м, и коэффициент теплопроводности слоя теплоизоляции траншеи, ; - диаметр талика вокруг трубопровода, м; D - наружный диаметр трубопровода, м; - коэффициент теплопроводности талого грунта, .

7.6. Назначают вариант открытого выпуска с конструкцией выпускного оголовка в виде трубопровода под обваловкой со скошенным торцом и подпорной стенкой со стороны водоотводной канавы, рис. П.7.10, а.

Размеры этой конструкции выпускного оголовка определяют из условия:

, (П.7.11)

где - термическое сопротивление трубопровода на участке выпуска, ;

, (П.7.12)

и - термическое сопротивление теплопередаче, соответственно, в атмосферу через обваловку трубопровода и подземного трубопровода в окружающий грунт, , - эффективный угол рассеивания тепла трубопровода в атмосферу, учитывающий влияние подпорной стенки, град.

Величину определяют по формуле:

+

+, (П.7.13)

где , , - толщина слоя, м, соответственно - грунта, наружной теплоизоляции конструкции и снега (см. рис. П.7.10); - коэффициент теплоотдачи поверхности, принимаемый равным 20  (23,2 ).

Величину определяют по формуле:

, (П.7.14)

где - приведенная глубина заложения трубопровода на выпуске, м:

, (П.7.15)

где - наружный диаметр теплоизоляции трубопровода, м; - коэффициент теплопроводности льда, ; - диаметр, м, живого сечения водного потока трубопровода, оледеневающего на участке :

м, (П.7.16)

где Q - расход дренажа в расчетный период, /с; - гидравлический уклон напорного оледеневшего трубопровода на выпуске, доли единицы.

, (П.7.17)

где i - уклон местности по трассе отводной линии, доли единицы; I - полная длина трубопровода отводной линии, м; - длина конструкции выпуска, в пределах которой возможно внутреннее оледенение трубопровода отводной линии, м.

Принимают , где H - максимальная высота обваловки трубопровода. Эффективный угол определяют по формуле

, (П.7.18)

где - фактический угол рассеивания определяется графическим построением по схеме (см. рис. П.7.10, б), град; К - безразмерный коэффициент влияния подпорной стенки:

, (П.7.19)

- площадь поверхности подпорной стенки, вступающей в теплообмен с атмосферой, ; - сопротивление теплопередаче через плоскую стенку, ;

, (П.7.20)

7.7. По расходу и температуре воды в дренаже, соответствующим зимнему критическому периоду, определяют длину отводной линии (l). .Для этого методом последовательных приближений решают относительно l уравнение:

, (П.7.21)

где - температура воды на выпуске, °С; , - размерные коэффициенты, равные 5,433 Вт/ и 1160 ; Q - расход дренажа, /ч; , - температура, соответственно, воды в дренаже и грунта в естественных условиях на глубине заложения оси; - средняя температура среды трубопровода на выпуске, °С.

Температуру воды на выпуске задают в пределах от 0,05 до 0,1 °С. Среднюю температуру среды трубопровода на выпуске определяют по формуле:

, (П.7.22)

где , - температура, соответственно, воздуха в расчетный период и грунта на глубине заложения трубопровода выпуска, °С.

Значения температуры грунта на глубине h заложения трубопровода отводной линии и на глубине заложения трубопровода выпуска определяется по данным многолетних наблюдений (за срок не менее 10 лет), а при их отсутствии - теплотехническим расчетом.

Если при различных вариантах значений расчетных параметров, входящих в формулу (П.7.21), длина отводной линии не превышает 5-10 м и по условиям местности устройство открытого выпуска на этом расстоянии оказывается неудобным, переходят к проектированию закрытого выпуска типа поглощающей траншеи, заполненной обратным каменным фильтром, которая должна поглощать расход воды, сбрасываемой дренажем в критический период. При этом учитывают увеличение свободной пористости грунта и возрастание потерь воды траншеей в грунт по мере снижения уровня грунтовых вод в связи с прекращением их инфильтрационного питания.

Пример расчета выпуска дренажа.

Исходные данные. Для зимнего критического периода по данным инженерно-геологического обследования установлено:

°C; °C.

Принимаем:; м; °С; h=2 м;  м;  м;  м;  ; ;  ;  .

Расчетом найдены значения:°С и °С.

Значения параметров и R определены расчетом по формулам (П.7.9), (П.7.10)

 м;

 .

Определим , предварительно вычисляя:

+

+;

 м и  м

;

 ;

 

 .

Таким образом, при принятых параметрах конструкции входного оголовка условие выполнено.

Определим по формуле (П.7.22) среднюю температуру среды трубопровода на выпуске

°C.

После подстановки имеющихся расчетных величин, изменяя значение l, добиваемся соблюдения равенства (П.7.21). При l=10,5 м имеем:

=

=.

В результате расчета длина отводной линии получена равной l=10,5 м, что удовлетворяет поставленному условию. Вариант открытого выпуска принимается в проект, как окончательный.

Расчет отверстий дренажных труб

7.8. Число отверстий на 1 м трубы определяется по формуле

, (П.7.23)

где - водозахватная способность трубчатого дренажа, которая должна быть несколько больше удельного дебита дренажа; k - коэффициент запаса на зарастание отверстий в процессе эксплуатации, равный 1,5-2; W - площадь отверстия; g - ускорение свободного падения тела; Н - потери напора при истечении через отверстие. Эти потери, как нежелательные для работы дренажа, должны быть как можно меньше, поэтому в расчетах можно принимать  см; - коэффициент расхода отверстий, принимаемый в пределах 0,2-0,6 в зависимости от отношения ( - диаметр частиц грунта или обсыпки, меньше которых по объему должно быть 17%; t - диаметр круглого отверстия или ширина прямоугольного отверстия - щели):"

d 17 ---- t	0,4	0,6	0,8	1,0	1,25	1,5	2	3	5	8
мю	0,27	0,24	0,22	0,2	0,25	0,3	0,37	0,46	0,56	0,6

Подбор состава фильтрующих обсыпок

7.9. Для подбора состава фильтрующих обсыпок рекомендуется пользоваться расчетными графиками В.С. Истоминой (рис. П.7.11, а, б, в, г, д, е) с учетом направления движения дренируемых вод (рис. П.7.12).

7.10. Подбор первого слоя обсыпки в песчаных и гравелистых грунтах с коэффициентом неоднородности до 10 и средним диаметром частиц более 0,15 мм производится:

при движении воды сверху вниз (см. рис. П.7.12, тип I) - по графикам "а" и "б" (см. рис. П.7.11);

при движении воды снизу вверх (см. рис. П.7.12, тип II) - по графику "в" (см. рис. П.7.11);

при движении воды по контакту слоев (см. рис. П.7.12, тип III) - по графику "г" (см. рис. П.7.11).

Порядок подбора следующий. По величинам , , , , строится кривая гранулометрического состава дренируемого и определяется коэффициент неоднородности , устанавливается тип движения дренируемых вод по рис. П.7.12, затем задаются коэффициентом неоднородности материала обсыпки в пределах допускаемой величины (в пределах от 0 до 10) и отношением средних диаметров частиц обсыпки и дренируемых грунтов в пределах от 3 до 16. Рассчитываются параметры гранулометрического состава обсыпки при . Для этого определяют величины и по заданным коэффициентам, а величины ,, определяют ориентировочно ; , где выбирается из условия, что частиц менее 0,1 мм в фильтре не должно быть более 3%. задаются, ориентируясь по рассчитываемому графику гранулометрического состава фильтра. По полученным параметрам строится первая граничная кривая.

Подобным образом вычисляют параметры второй граничной кривой при . Определяется ; принимается , близкое к по значению, a вычисляется из отношения , где - величина, заданная в начале расчета; - задаются ориентировочно. По полученным значениям , , , строится вторая граничная кривая.

Грунты, заключенные между этими кривыми, могут быть использованы для первого слоя фильтра при условии, что коэффициент неоднородности их равен заданному значению от 0 до 10).

7.11. Проверка пригодности имеющегося грунта для первого слоя фильтра производится следующим образом: зная зерновой состав дренирующего грунта и карьерного, предназначенного для фильтра, определяют отношение и коэффициент неоднородности карьерного грунта ; на графике (см. рис. П.7.11, а, б, в, г) находят точку пересечения. Если эта точка попадет в область допускаемых значений, то грунт можно использовать для фильтра, в противном случае, он непригоден для фильтра и нуждается в сортировке. Здесь и далее и - средние диаметры частиц для смежных грунтов (соответственно фильтра и дренируемого грунта); и - контролирующие диаметры частиц; и - действующие диаметры частиц; - коэффициент неоднородности дренируемого грунта; - коэффициент неоднородности фильтрующей обсыпки (слоя фильтра).

7.12. Подбор обсыпки при дренировании связных грунтов (глинистых) с числом пластичности более 7 независимо от характера движения воды производится с использованием графика (см. рис. П.7.11, д), при дренировании супесей с числом пластичности до 3 - 6 - (см. рис. П.7.11, е).

Коэффициент неоднородности фильтра должен быть также не больше 10, т.е. .

7.13. Если в качестве фильтрующего материала используется галечниковый или гравелистый грунт с песчаным заполнителем и коэффициентом неоднородности , то подбор первого слоя фильтра в суглинках и супесях можно выполнять также по графикам (см. рис. П.7.11, д, е). Однако при этом характеристики скелетов гравелистых и галечниковых грунтов с приравнивают к характеристикам гравелистых материалов , т.е. для этих случаев следует разделить грунт на скелет и заполнитель, а на графиках (см. рис. П.7.11, д, е) принимать и .

Частицы размером менее 1 мм относятся к заполнителю, а частицы более 1 мм - к скелету.

Порядок подбора следующий.

Задаются коэффициентом неоднородности обсыпки в пределах 10. При этом коэффициенте неоднородности согласно графику (см. рис. П.7.11, д, е) в зависимости от того, в каких грунтах проектируется дренаж, выбираются предельные значения среднего диаметра частиц обсыпки (в пределах области допускаемых значений). Затем строят первую граничную кривую зернового состава обсыпки для минимального значения , задаваясь при этом ориентировочно значением , определяя и принимая также ориентировочно.

Аналогично строят вторую кривую зернового состава. Грунты, заключенные между кривыми, могут быть применены для первого слоя фильтра при условии, что равен заданному в начале расчета значению.

Проверка пригодности грунтов, предназначенных для обсыпки, производится по графикам (см. рис. П.7.11, д, е). Если точка пересечения коэффициента неоднородности проверяемого грунта и его среднего диаметра лежит в области допускаемых значений, то грунт пригоден для обсыпки, в противном случае - непригоден.

Подбор второго и третьего слоев фильтра производят аналогично подбору первого слоя по графикам (см. рис. П.7.11), принимая первый слой обсыпки за дренируемый грунт.

Толщина слоев фильтра выбирается в пределах , но не менее 0,2 м (по условиям производства работ).

7.14. Вместо рыхлых фильтрующих обсыпок целесообразно применять минеральные волокнистые материалы (стеклохолст, стеклосетка), геотекстильные иглопробивные или нетканые материалы типа "Дорнит".

______________________________

* Параметры и их размерность приведены в конце раздела.