Гидравлический расчет дренажа

Подбор дрены. Выше был определен расход воды на 1 пог. м проектируемого дренажа. Очевидно, при расчете пропускной способности дренажной трубы-дрены необходимо определить расход на протяжении всей длины рассматриваемого дренажа, а в случае дренажной сети учесть также приток воды из других подземных водоотводов. Суммарный рас­четный расход воды для концевого сечения трассы дренажа:

где

- транзитный расход воды, притекающей из сопряженных дренажей;

l - длина дренажа, как водосбора;

- коэффициент, учитывающий возможность постепенного загрязнения трубы, принимают равным 1,5;

q – дебит дренажа.

Сечение дренажной трубы обычно определяют методом последо­вательных попыток, т. е. вначале задаются некоторым сечением и в дальнейшем проверяют соответствие этого сечения требуемой пропускной способности. В большинстве случаев этим требованиям удовлетворяют круглые трубы с внутренним диаметром 150 мм. Поэтому расчет сечения следует начинать, задавшись этим размером внутреннего диаметра.

После назначения диаметра труб делают поверочный расчет по известным из гидравлики формулам

; ;

где

- искомый расход воды в трубе в м³/сек;

- смоченный периметр трубы в м;

- гидравлический радиус трубы в м;

- площадь сечения трубы в м²;

- продольный уклон трубы на расчетном участке, опре­деляемый в зависимости от принятой величины перепада, а входя­щей и выходящей труб в смотровом колодце и проектируемого продольного уклона дна траншеи :

где

- расстояние между смотровыми колодцами в м. В рамках курсового проекта можно принять 25-50 м.

Величину перепада в смотровом колодце назначают в пределах 0,1—0,25 м. При проектировании часто принимают уклон дна траншеи дренажа равным уклону дна кювета, т. е. .

Коэффициент С (коэффициент Шези) приближен­но можно определить по формуле академика Н. Н. Павловского

где n = 0,012; y = 0,164 при м и у = 0,142 при м. В большинстве случаев можно считать м.

Гидравлический радиус труб круглого сечения

Установив все расчетные величины, определяют Q_np и сравни­вают этот расход с расчетным Q_Д. Расчет заканчивают при условии .

Если получается, что , то производят перерасчет при новом, большем диаметре трубы.

Пример расчета дренажа

Требуется запроектировать и рассчитать дренаж длиной 50 м для осуше­ния грунта основной площадки двухпутного земляного полотна в выемке при следующих условиях. Грунт глинистый. Расчетная глубина промерзания от по­верхности балластного слоя Z₁₀=1,7 м. Отметка бровки земляного полотна Г_б = 73. Отметка уровня безнапорных гравитационных вод до их понижения Г_г.в.= 73. Отметка кровли водоупора (по оси земляного полотна) Г_в = 65.

Поперечный уклон поверхности водоупора при обследовании не обнаружен. Коэффициент фильтрации грунта k=1,0 см/ч. Средний уклон кривой депрессии I_о = 0,1. Капиллярный подъем воды а_к.п. = 0,7 м. Коэффициент фильтрации дре­нажной засыпки k_д = 0,001 м/сек.

Ширина основной площадки земляного полотна 12 м. Средняя толщина бал­ластного слоя 0,5 м. Глубина кювета 0,6 м. Дренаж проектируется на прямом участке пути; продольный уклон дна кювета выемки в месте устройства дренажа i_к = 0,006.

Земляные работы при устройстве дренажа производятся механизированным способом с использованием дренажной машины.

Принимаем к расчету подкюветный двусторонний горизонтальный дренаж тран­шейного типа.

План и профиль дренажа в заданных условиях определяются существую­щим положением железнодорожной линии, т. е. продольную ось дренажа при­нимаем параллельной железнодорожной трассе, а продольный уклон дна тран­шеи дренажа i_Д, как правило, повторяет уклон дна кювета. Таким образом, в рассматриваемом случае .

Определим глубину заложения дренажа и уточним его тип по отношению к кровле водоупора (см. рис. 3.12).

где м

Принимаем е = 0,25 м; h_o = 0,3 м. Для заданных условий b=1,25 м. Тогда

м

Ширина траншеи, разрабатываемой механизированным способом, 2d = 0,52 м. Для уточнения типа дренажа выполним еще ряд вычислений. Отметка дна дрена­жа при глубине кювета к_о = 0,6 м будет

м

Отметка Г_Д выше отметки Г_В. Значит, проектируемый дренаж несовершен­ного типа.

Мощность части водоносного слоя выше дна дренажа:

м

Мощность водоносного слоя от дна дренажа до водоупора:

м

Глубина заложения дренажа на низовом участке сохраняется, так как уклон дна дренажа устраивают параллельно уклону дна кювета.

Вычисляем расход воды, притекающей к полевой стенке дренажа, по форму­ле:

м³/ч на 1 пог. м.

Далее переходим к определению расхода воды с полевой половины дна дре­нажа. Следуя изложенному выше порядку расчета, определим ряд величин, необходимых для вычисления по формуле:

м

Далее находим:

Этому значению по табл. 3.19 соответствует . Далее вычисляем:

что больше 3,

т.е. в данном случае Т < Т_р.

Полученные данные дают основание сделать заключение, что в рассматри­ваемом примере имеет место второй случай расчета q_r , когда его значение нахо­дят по формуле:

Для нахождения q_r определим a, используя формулу:

По графику (см. рис. 3.14) при

Тогда

Искомый расход воды q_B :

м³/ч.

Расход воды, поступающей со второй половины дна дренажа:

м³/ч на 1 пог. м.

Из междудренажного пространства через боковую стенку дренажа поступает расход:

м³/ч на 1 пог. м.

Таким образом, полный суммарный расход воды на 1 пог. м дренажа будет равен:

м³/ч на 1 пог. м.

Расчетный расход воды на низовом сечении дренажа с уче­том того, что Q_Т = 0:

м³/ч

Выразим расход воды в различных размерностях:

Q_Д = 8,75 л/мин =0,15 л/сек =0,00015 м³/сек.

В качестве дрены используем трубофильтры внутренним диамет­ром мм.

Найдем пропускную способность трубы. С этой целью определим ряд вели­чин, входящих в расчетные формулы:

м.

Принимаем ; . Тогда ;

м/сек м/сек,

м².

м3/сек, что значительно превышает Q_Д .

[1] Понятие плотности грунта в дорожном строительстве отличается от общепринятого в физике. Плотность грунта – это вес единицы объема скелета грунта, т.е. вес без учета веса поровой воды при сохранении естественной структуры (пористости).