Фильтрационные расчеты защитного дренажа

Отвод поверхностных вод с защищаемой территории

При защите территорий от затопления большое значение имеет правильная организация поверхностного стока. При решении этого вопроса необходимо предусматривать следующие мероприятия:

а) предупреждать поступление на защищаемую территорию поверхностных вод со стороны водораздела;

б) организовывать сток поверхностных (ливневых и талых) вод непосредственно на самой защищаемой территории;

в) устраивать аккумулирующие емкости в целях снижения мощностей насосных станций для перекачки поверхностных вод.

Для предупреждения поступления поверхностных вод на защищаемую территорию со стороны водораздела устраиваются нагорные каналы или лотки, перехватывающие сток этих вод. Нагорные каналы, как правило, устраиваются вне защищаемой территории со стороны верхней ее границы.

Собираемые нагорными каналами воды должны быть самотеком отведены за пределы защищаемой территории и сброшены в водохранилище.

Нагорным каналам придется трапецеидальная форма поперечного сечения, ширина по дну принимается от 0,5 м и более, в зависимости от ожидаемого расхода воды. Глубина каналов определяется из гидравлических расчетов с учетом запаса на заиление 0,1 м и превышения бровки канала над наивысшим горизонтом воды 0,25 м.

Уклон дна нагорных каналов принимается с учетом рельефа местности, не менее 0,0005. Размеры поперечного сечения нагорных каналов подбираются с расчетом на пропуск максимального расхода поверхностных вод, стекающих с прилегающей водосборной площади.

Выбор схемы, типа и конструкции защитного дренажа

Для понижения уровня грунтовых вод на территориях, защищаемых от подтопления, в зависимости от топографических, геологических и гидрогеологических условий применяются следующие основные схемы защитных дренажей: однолинейная, двухлинейная, многолинейная, кольцевая и комбинированная.

Однолинейная схема дренажа выполняется в виде одиночной дрены, устраиваемой вдоль берега водохранилища. В зависимости от места расположения этой дрены по отношению к защищаемой территории и роли, которую она выполняет, ее называют либо береговой, либо головной дреной.

Береговая дрена располагается вблизи водохранилища, у нижней границы защищаемой территории, и предназначается для захвата грунтовых вод, поступающих со стороны водораздела, и вод, фильтрующихся из водохранилища в сторону этой территории. При защите территории от затопления с помощью оградительных дамб рекомендуется обязательно устраивать береговую дрену.

Однолинейная схема дренажа особенно эффективна в тех случаях, когда защищаемая территория вытянута в виде узкой полосы вдоль береговой линии водохранилища, и при небольшом притоке грунтовых вод со стороны высокого берега.

При устройстве дамб обвалования на проницаемом основании оказывается целесообразным располагать береговую дрену таким образом, чтобы она одновременно выполняла и роль придамбового дренажа, то есть обеспечивала бы необходимое снижение кривой депрессии и в теле дамбы.

Фильтрационные расчеты защитного дренажа

Фильтрационные расчеты на территориях, защищаемых от затопления и подтопления, имеют следующие основные задачи:

1. Прогноз положения уровня грунтовых вод на защищаемых территориях при создании водохранилищ в целях установления целесообразности осуществления тех или иных защитных мероприятий.

2. Определение рационального расположения дренажа, его типа, заглубления и длины , при которых обеспечивается требуемое понижение уровня грунтовых вод на защищаемой территории.

3. Определение расходов дренажных вод, подлежащих сбросу или перекачке.

В условиях защиты территории от затопления и подтопления уровенный режим грунтовых вод управляется работой дренажных устройств. При наполнении водохранилища этот режим в сравнительно короткий промежуток времени формируется и в дальнейшем приобретает относительно стабильный характер. Колебания уровней воды в водохранилище при работе берегового дренажа не оказывают большого влияния на режим грунтовых вод защищаемой территории. Поэтому при фильтрационных расчетах дренажа можно принимать движение грунтовых вод на защищаемой территории установившемся.

В условиях данной территории можно рассматривать плоскую задачу фильтрации, в которой принимается, что трасса дренажа имеет бесконечное протяжение, контуры областей питания и стока грунтового потока проходят параллельно трассе дренажа. С достаточным приближением водоупор можно привести к горизонтальному.

Таким образом выполняем расчет горизонтальной береговой дрены несовершенного типа в условиях установившейся фильтрации при поступлении потока подземных вод из отдаленной области питания. В расчетах требуется также учесть инфильтрационное питание грунтовых вод.

Для данной расчетной схемы для определения расхода несовершенной дрены может быть применена формула С.Ф. Аверьянова с поправкой на дополнительное инфильтрационное питание

= на 1 п.м.

Геометрию и фильтрационную неоднородность русла водоема можно учесть введением в расчет обобщенного гидрогеологического параметра русла водоема , характеризующего его фильтрационное сопротивление, и определяемого по формуле В.М. Шестакова. При двухслойном сложении русла водоема величина определяется следующем образом

где -мощность (м) и коэффициент фильтрации (м/сут) первого слоя соответственно;

-мощность (м) и коэффициент фильтрации (м/сут) второго слоя соответственно.

Таким образом, вместо величины R вводится значение

Положение депрессионной кривой в сторону водораздела определяется по формуле С.Ф. Аверьянова:

;

где -расход безнапорного потока со стороны водораздела, /сут на 1 пог.м;

-расход воды, поступающей в дрену за счет инфильтрационного питания, /сут на 1 пог.м;

А=1,47*lg

По графику определения величины А принимаем А=1,1

-коэффициент фильтрации дренируемой толщи , м/сут.

Н-напор воды на контуре водоема, м;

-превышение уровня воды в дрене над подошвой водоупора, м;

d-диаметр дрены, м;

Х-расстояние от дрены до расчетного сечения, м;

-средняя мощность потока на участке от дрены до водоема, м;

-средняя мощность потока со стороны водораздела на участке от дренажа до расчетного сечения Х, м;

-искомая величина напора над водоупором в любой точке на расстоянии Х от дрены, м.

=8+ м

В уравнении (5.12) не учтено влияние на положение депрессионной кривой величины инфильтрации в грунт атмосферных осадков и хозяйственно-промышленных вод. Это влияние может быть учтено по уравнениям

где -ордината депрессионной кривой с учетом инфильтрации на расстоянии Х от дрены, м;

Р- величина инфильтрации , м/сут;

В- расстояние от дрены до границы области питания, м;

К- коэффициент фильтрации грунта, м/сут;

Т- мощность фильтрационного потока.

=8,09+0,56=8,65 м

= м

Глубину заложения дренажа можно принять от 3 до 4 м, расстояние от уреза воды в водохранилище до дрены - от 30 до 50 м.

Для курсового проекта принимаем следующие исходные данные для фильтрационных расчетов: глубина заложения дренажа – 4 м; Н=14, 5 м; R=50 м; d=1,0 м; =8,0 м; =0,5 м/сут; =11 м/сут; =0,043 м/сут на 1 м; Р=0,00020 м/сут; В=2520 м.

Определим расход дрены. Предварительно определим

R= =20,97 м

R=50+20,97=70,97 м

=11,25 м

=8 м

d/

– по графику А=f(d/

Таблица 6

Расчет депрессионной кривой при работе дренажа

Х, м	+ *(Н-
	8,06 - - - - - -	0,919 0,965 0,982 0,990 0,994 0,995 0,996	1,043 1,017 1,009 1,004 1,002 1,002 1,001	4,3 10,75 21,5 64,5 109,65	0,050 0,124 0,246 0,490 0,735 0,979 1,248	8,09 8,19 8,3 8,55 8,8 9,04 9,29	0,56 1,38 2,66 4,91 6,77 8,22 9,3	8,65 9,57 10,96 13,46 15,57 17,24 18,59

Анализируя положение рассчитанной для данного случая депрессионной кривой, можно сделать вывод о том, что требуемая норма осушения на рассматриваемой территории не обеспечивается. Следовательно, необходимо изменить схему, тип и параметры дренажа.

Проектирование дренажа в плане и в вертикальной плоскости

Проектирование защитного дренажа в плане и в вертикальной плоскости ведется в соответствии с выбранной его схемой, типом и конструкцией.

Дренаж проектируется в виде однолинейной горизонтальной дрены, прокладываемой параллельно дамбе обвалования, в непосредственной близости от нее – на расстоянии м от уреза воды в водохранилище. Дренаж трубчатый, несовершенного типа, общая протяженность его составляет м.

Концевые участки дренажа в целях предупреждения обходной фильтрации продлены вдоль концевых участков дамбы обвалования.

Береговой дренаж защищает территорию от подтопления и является одновременно придамбовым дренажем, обеспечивающим снижение депрессионной кривой в самой дамбе обвалования.

Посередине трассы дренажа предусматриваем устройство перекачивающей насосной станции, которая разделяет его на две ветви Д-1и Д-2, имеющих уклон в сторону насосной станции.

Насосную станцию, предназначенную для перекачки дренажных и поверхностных вод, проектируем совмещенного типа, с подземной частью из железобетона и наземной частью из кирпича.

По трассе дренажа предусматриваем устройство смотровых колодцев из железобетонных колец не реже чем 100 м. Смотровые колодцы служатдля наблюдения за работой, а также для очистки и ремонта дренажа закрытого типа.

Для отвода поверхностных вод предусмотрен также кювет у низового откоса дамбы.

Проектирование защитного дренажа в вертикальной плоскости сводится к обеспечению необходимых продольных уклонов и сопряжений элементов дренажа. Оно проводится путем построения продольного профиля дрены.