Проектирование вертикального дренажа

Вертикальный дренаж осуществляют с помощью водопонизительных скважин, которые оборудуют погружными насосами. Такие скважины применяются при k_ф не ниже 3–5 м/сут и относятся к средствам глубокого водопонижения (свыше 15 м).

Для более эффективного осушения скважины располагаются по контуру проектируемого сооружения в виде линейных рядов с расстояниями между ними менее 2R (R – радиус влияния скважины). Оптимальные расстояния между скважинами, работающими в условиях взаимодействия, составляют (ориентировочно): в мелкозернистых песках – 50–100 м, среднезернистых – 80–150 м, крупнозернистых – 100–200 м и в гравийно-галечных – 150–300 м.

Определяется приток воды в один колодец (скважину):

1.Для колодца (скважины) совершенного типа в ненапорном водоносном горизонте (рис. 9) приток воды определяется по формуле Дюпюи:

(14),

где r – радиус колодца (скважины), м; Н – мощность водоносного пласта, м; S – понижение уровня воды в колодце после откачки, м; R – радиус влияния скважины, определяется по формуле Кусакина: R = , м.

Рис. 9.Схема совершенного колодца в ненапорном водоносном горизонте

2. Для колодца (скважины) несовершенного типа в ненапорном водоносном горизонте (рис. 10) приток воды определяется по формуле

(15),

где ξ – значение сопротивления, учитывающее несовершенство скважины (рис. 11).

	Рис. 10.Схема несовершенного колодца в ненапорном водоносном горизонте

Рис. 11. График функции ξ для расчета несовершенных скважин: m – мощность водоносного пласта; l – длина водоприемной части скважины; r – радиус скважины

3. Для колодца совершенного типа в напорном водоносном горизонте (рис. 12) приток воды определяется по формуле Дюпюи:

(16),

где m – мощность водоносного пласта, м;

Рис. 12.Схема совершенного колодца в напорном водоносном горизонте

Н_п – высота пьезометрического напора, м;

m – мощность водоносного пласта, м;

r – радиус колодца (скважины), м;

R – радиус влияния скважины, определяется по формуле Зихардта , м.

1. Определение расхода плоского потока

Рассчитываем расход плоского потока по карте гидроизогипс. Типичным примером плоского потока может служить движение к траншеям, штольням и другим горизонтальным выработкам. На карте гидроизогипс – это участок с параллельными направлениями движений подземного потока.

1.Расход плоского потока в ненапорном водоносном горизонте при горизонтальном водоупоре по формуле (рис. 12):

(17),

где Q – расход, т. е. количество воды, протекающей через данное сечение в единицу времени, м³/сут, л/с;

k – коэффициент фильтрации, м/сут;

l – расстояние между гидроизогипсами, берется с чертежа в метрах (согласно масштаба карты);

В – ширина потока – расстояние на карте между двумя параллельными направлениями движения потока, м.

Рис. 13. Водоносный слой при горизонтальном водоупоре

2. Расход плоского потока в ненапорном водоносном горизонте при наклонном водоупоре по следующей формуле (рис. 14):

	Рис. 14. Водоносный слой при наклонном водоупоре

(17),

где Н₁ и Н₂ – соответственно расстояния от уровня грунтовых вод в скважинах 1 и 2 до сравнительной линии 0-0, которая проводится на произвольной отметке.

Примечание. Расход плоского потока рассчитывают студенты, проектирующие вертикальную дренажную систему.

1. Проектирование водозаборной скважины

С целью водоснабжения строящегося объекта проектируют водозаборную скважину.

7.1. Устанавливают количество людей для обеспечения водой из скважины при следующей потребности в воде одного человека в сутки: питье (чай, запас) – 3 л, приготовление пищи с обработкой продуктов – 10 л, мытье посуды – 10 л, умывание – 10 л.

7.2. Для установления водообильности определяют удельный дебитскважины – дебит, который дает скважина на 1 м понижения воды, т. е. ,

где S – понижение уровня воды при откачке, м; Q – дебит скважины, м³/сут.

Если удельный дебит скважины превосходит 7,2 м³/ч (или 2 л/с), считается, что скважина обладает достаточно хорошей водообильностью. В случае если одной скважины недостаточно для водоснабжения, закладывают несколько скважин, количество которых устанавливается расчетами.

Контрольные вопросы:

1. Как по карте гидроизогипс отмечаются направления движения грунтовых потоков? Каким образом оконтуривается водоем и потенциальная зона затопления?

2. Чем отличается действительная скорость движения грунтовых вод от кажущейся, что она учитывает?

3. Как определяется выбор системы дренажа (горизонтальный или вертикальный) для защиты сооружения от подтопления?

4. Приведите схемы совершенного и несовершенного дренажа.

5. Приведите формулу и схему для расчета притока грунтовых вод к совершенной дренажной канаве (траншее). По какой формуле определяется радиус влияния скважины?

6. Приведите формулу Дюпюи для определения притока воды в скважину совершенного типа в ненапорном водоносном горизонте. Нарисуйте схему совершенного колодца в ненапорном водоносном горизонте.

7. Приведите схему совершенного колодца в напорном водоносном горизонте и формулу притока воды в этот колодец.

8. Что показывает удельный дебит скважины? Приведите его формулу.

9. Что такое дебит и удельный дебит скважины?

1. Задачи по расчетам притока воды к выработкам

Задача 1.

По данным, приведенным ниже (таблица 2), постройте схему и определите приток воды к совершенной скважине с круговым контуром питания при горизонтальном водоупоре.

Таблица 2.

Данные для расчета	Вариант
Абсолютные отметки, м
Устья скважины	31.4	96.7	54.8	71.3
Статического уровня грунтовых вод	29.9	­­­­­-	-	67.6
Динамического уровня в скважине при откачке	25.5	-	47.3	-
Кровли водоупора	11.6	78.5	-	58.2
Глубина залегания уровня грунтовых вод, м	-	-	2.3	-
Мощность водоносного пласта, м	-	14.9	12.5	-
Понижение уровня S, м	-	3.0	-	2.8
Коэффициент фильтрации k, м/сут	7.1	3.8	18.6	13.4
Расстояние L от скважины до водоема, м	82.0	60.0	74.0	30.0
Диаметр 2r скважины, мм

Для решения задачи используется формула Дюпюи по подсчету притока воды в скважину (колодец) совершенного типа в безнапорном водоносном горизонте. Радиус влияния скважины определяют по формуле Кусакина.

Остальные данные, необходимые для расчета, находят из расчетной схемы для определения притока к совершенной скважине при откачке грунтовых вод.

· Указание.

В формуле Дюпюи (в знаменателе) берется lgR при L≥0.5R; lg2L при L<0.5R.

Задача 2.

По данным, приведенным ниже (таблица 3), постройте схему и определите приток воды в совершенную скважину, вскрывшую напорные воды.

Таблица 3.

Данные для расчета	Вариант
Абсолютные отметки, м
Устья скважины	42.5	73.4	65.1	87.3
Подошвы верхнего водоупора	-	46.3	-	23.4
Кровли нижнего водоупора	13.4	-	-	17.8
Пьезометрического уровня	39.6	-	67.8	-
Динамического уровня при откачке	36.1	63.8	-	86.6
Мощность m водоносного слоя, м	-	15.0	-	-
Напор над подошвой верхнего водоупора, м	14.2	22.8	34.9	-
Напор над кровлей нижнего водоупора, м	-	-	43.7	71.6
Понижение уровня S, м	-	-	4.0	-
Коэффициент фильтрации k, м/сут	9.6	4.5	11.5	6.2
Диаметр 2r скважины, мм

Схема для решения задачи и формула Дюпюи для определения притока воды к совершенным одиночным напорным скважинам (дебит) приведена в методических указаниях. Радиус влияния скважины находится по формуле Зихардта. Остальные данные, необходимые для расчета, находят из расчетной схемы для определения притока воды к совершенной скважине при откачке напорных вод.

Задача 3.

По данным, приведенным ниже (таблица 4), постройте схему и определите объем двустороннего притока грунтовой воды к совершенной канаве.

Таблица 4.

Данные для расчета	Вариант
Абсолютные отметки, м
Поверхности земли	82.5	18.6	61.7	34.1
Статического уровня грунтовых вод	-	16.2	60.9	-
Динамического уровня при откачке	80.0		59.3
Кровли водоупора	-	12.4	-	29.5
Глубина d залегания уровня грунтовых вод, м	1.3	-	-	0.9
Мощность H водоносного пласта, м	2.6	-	2.8
Понижение уровня S, м	-	2.1	-	2.4
Коэффициент фильтрации k, м/сут	6.4	2.3	7.2	5.8
Длина L дрены, м

Для решения задачи используется формула Дюпюи для определения двустороннего притока к совершенному водозабору (канаве. Радиус влияния скважины определяют по формуле Кусакина.

Остальные данные необходимые для расчета находят из расчетной схемы для определения притока к совершенной дрене при откачке грунтовых вод.

Задача 4.

По данным, приведенным ниже, постройте схему и определите дебит несовершенной скважины, пройденной в грунтовых водах.

Таблица 5.

Данные для расчета	Вариант
Исходные данные по варианту задачи
Длина l1 водоприемной части фильтра, считая от статического уровня грунтовых вод, м	9.6	12.4	8.0	6.2

Дебит несовершенной скважины в безнапорных водах в случае примыкания фильтра к уровню грунтовых вод находится по формуле Дюпюи, учитывающей дополнительное фильтрационное сопротивление на несовершенство скважины ξ = f (l/m; m/r) по таблице Н.Н. Веригина.

Расчетная длина незатопленного фильтра l= l₁­- S/2; расчетная мощность водоносного пласта m=H - S/2.

Значения дополнительного сопротивления ξ берут из графика функции ξ для расчета несовершенных скважин (рис.11) или из таблицы Н.Н. Веригина.

Таблица 6. Таблица Н.Н. Веригина.

l/m	m/r
0,1	10,40	24,30	42,80	53,80	68,50	79,60	90,90
0,3	4,79	9,20	14,50	17,70	21,80	24,90	28,20
0,5	2,26	4,21	6,50	7,86	9,64	11,00	12,40
0,7	0,88	1,69	2,07	3,24	4,01	4,58	5,19
0,9	0,13	0,30	0,53	0,66	0,85	0,98	1,12

1. Анализ и обработка химического состава подземных вод.

По данным Приложения 4 обработать химический анализ подземной воды.

1. Пересчитать результаты анализа из объемной формы выражения (мг/л) в миллиграмм-эквивалентную и процент-эквивалентную.

2. Определить общую жесткость и группу по жесткости.

3. Вычислить общую минерализацию воды. Определить тип воды по величине минерализации.

4. Определить тип воды по величине рН.

5. Выразить химический состав формулой М.Г. Курлова и расписать ее словесно до 10 %-экв.

6. Оценить пригодность воды для питьевого водоснабжения согласно СанПиН 2.1.4.1074-01.

Коэффициенты для пересчета содержания в воде главных ионов из мг в мг-экв/л.

Таблица 7.

Ионы	НСО3–	SO42–	Cl–	Na+	Ca2+	Mg2+
Коэффициент	0,0164	0,0208	0,0282	0,0435	0,0499	0,0822

Химический состав подземной воды при пересчете оформить в виде таблицы 8.

Таблица 8.

Анионы	Содержание	Катионы	Содержание
мг/л	мг-экв/л	%-экв	мг/л	мг-экв/л	%-экв
НСО3–				Na+
SO42–				Ca2+
Cl–				Mg2+
Итого				Итого

Примечание.

Сумму катионов ( также и анионов) в мг-экв/л берут за 100% и определяют процентную долю каждого из катиона (аниона) – в %-эквивалентах.