Задача № 2. Расчет берегового горизонтального дренажа

В связи с тем, что основное питание грунтовых вод на защищаемой территории идет за счет инфильтрации из реки, а мощность водоносных грунтов более 8,0 м, проектируем береговой горизонтальный дренаж несовершенного типа. Т.к. на защищаемой и выше расположенной территории у поверхности земли залегают слабоводопроницаемые грунты и предусмотрена система ливневой канализации инфильтрацию атмосферных осадков в грунт не учитываем.

Порядок расчета

1. Находим расстояние (рисунок П.8) от оси дрены до уреза воды методом подбора из соотношения

,

где - коэффициент, =0,75; - мощность водоносных грунтов ниже подошвы дрены, м; - коэффициент, принимаемый в зависимости от n = f ( /T) по таблице 2.

Рисунок П.8 – Расчетная схема берегового дренажа

Для чего задаваясь различными величинами строим график . Полученные значения сводим в таблицу П. 3.

Таблица П. 3 - Результаты расчетов для построения графика

	10	20	30	40	50	60	70	80	100	120	150	200
	0,47	0,29	0,21	0,165	0,13	0,12	0,095	0,085	0,067	0,056	0,045	0,034

Рисунок П. 9 – График зависимости расхода воды в дрене от расстояни до уреза воды

Из графика (рисунок П. 9) видно, что при увеличении величины значение расхода грунтовых вод в дрене уменьшается и оптимальная величина находится в пределах от 50 до 100 м. Для дальнейших расчетов принимаем =50,0 м.

2. Вычисляем радиус влияния дрены в сторону защищаемой территории (берега) в первом приближении ( =0 м) по формуле (6.7):

м,

- максимальная ордината кривой депрессии, равная

м.

3. Определяем удельный расход притока грунтовых вод q_р к дрене со стороны реки в первом приближении ( =0 м) (рисунок. П. 8):

м²/сут,

где - удельный приток грунтовых вод к дрене из области водонасыщенного грунта расположенного выше подошвы дрены, вычисляется по формуле (6.15):

м²/сут,

- удельный приток грунтовых вод к дрене из области водонасыщенного грунта расположенного ниже подошвы дрены (6.16)

м²/сут,

где - коэффициент, принимаемый в зависимости от n = f ( /T) по таблице 2.

4. Определяем удельный расход притока грунтовых вод q_р к дрене со стороны берега (защищаемой территории) в первом приближении ( =0 м) (рисунок. П. 8):

м²/сут,

где - удельный приток грунтовых вод к дрене из области водонасыщенного грунта расположенного выше подошвы дрены, вычисляется по формуле (6.15):

м²/сут,

- удельный приток грунтовых вод к дрене из области водонасыщенного грунта расположенного ниже подошвы дрены (6.16)

м²/сут,

- коэффициент, принимаемый в зависимости от n = f ( /T) по таблице 2.

5. Определяем удельный расход воды к боковым дренам

м²/сут.

6. Определяем общий расход в боковой дрене

,

где - длина боковой дрены, равная

7. Находим общий удельный расход в береговом дренаже

м²/сут.

8. Вычисляем полный расход береговой дрены на длине L_б=А/2=1000 м, т.к. посредине её располагается насосная станция (НС)

Q_б= q∙L_б =10,57∙1000,0=10570,0 м³/сут,

здесь - длина береговой дрены, равная

9. Для сброса дренажных вод в реку (водоприемник) по средине береговой дрены устраиваем насосную станцию, тогда расчетный расход у насосной станции будет равен

Q_н.с= м³/сут.

10. Исходя из условий, описанных в пунктах 4 и 5 настоящих методических указаний, предварительно назначаем диаметр и уклон боковой дрены и береговой дрены у насосной станции.

Боковая дрена: диаметр d_д1=150 мм; уклон I_д1=0,004.

Береговая дрена у насосной станции: диаметр d_д2=150 мм; уклон I_д2=0,004.

Принимаем, что дрены и коллектор выполняются из асбестоцементных труб с коэффициентом шероховатости стенок п_ш=0,013.

11. Выполняем гидравлический расчет дрен.

Расчет боковой дрены

По формуле (6.20) находим расход дрен при полном заполнении водой

м³/с = м³/сут.

Вычисляем скорость воды в дрене при полном заполнении по (6.21)

м/с.

По (6.22) определяем коэффициент неполноты расхода для максимального и минимального значений слоя инфильтрации.

.

По значению коэффициента неполноты расхода А, по таблице 3 находим значения коэффициентов скорости В_д1=0,67, и отношения h_д1/d=0,26.

Зная значения коэффициентов скорости В находим скорость воды в дрене при неполном заполнении.

м/с.

Из отношения h/d находим глубину воды в дрене h_д1=d_д1·0,26=0,03 м.

Выполняем проверки.

а. По скорости воды в дрене

Условие проверки: 0,3 м/сек < < 1 м/сек.

0,3 м/сек < < 1 м/сек – условие выполняется.

б. На высоту выклинивания кривой депрессии в дрену

Условие проверки: .

- условие выполняется.

Высота выклинивания кривой дипрессии в дрену определяется по формуле (6.24)

м,

здесь - максимальный удельный приток грунтовых вод к дрене из области водоносыщенного грунта расположенного выше подошвы дрены, принимается максимальное значение из и .

в. По водозахватной способности дрены

Условие проверки: q_зах > q_р.

=1,6 м²/сут > q_р= _бок= 1,0 м²/сут - условие выполняется.

Водозохватую способность дрены определяем по формуле (6.25)

м²/сут.

Допустимую скорость фильтрации по формуле Зихарта (6.26)

м/сут.

Вывод: т.к. все требуемая проверка выполнена, назначенный диаметр и уклон боковой дрены считаем верными.

Расчет береговой дрены у насосной станции

По формуле (6.20) находим расход дрен при полном заполнении водой

м³/с = м³/сут.

Вычисляем скорость воды в дрене при полном заполнении по (6.21)

м/с.

По (6.22) определяем коэффициент неполноты расхода для максимального и минимального значений слоя инфильтрации.

,

здесь - расчетный расход в береговой дрене у насосной станции при неполном заполнении равный

По значению коэффициента неполноты расхода А, по таблице 3 находим значения коэффициентов скорости В_д1=0,67, и отношения h_д1/d=0,26.

Зная значения коэффициентов скорости В находим скорость воды в дрене при неполном заполнении.

м/с.

Из отношения h/d находим глубину воды в дрене h_д1=d_д1·0,26=0,03 м.

Выполняем проверки.

а. По скорости воды в дрене

Условие проверки: 0,3 м/сек < < 1 м/сек.

0,3 м/сек < < 1 м/сек – условие выполняется.

б. На высоту выклинивания кривой депрессии в дрену

Условие проверки: .

- условие выполняется.

Высота выклинивания кривой дипрессии в дрену определяется по формуле (6.24)

м,

здесь - максимальный удельный приток грунтовых вод к дрене из области водоносыщенного грунта расположенного выше подошвы дрены, принимается максимальное значение из и .

в. По водозахватной способности дрены

Условие проверки: q_зах > q_р.

=1,6 м²/сут > q_р= _бок= 1,0 м²/сут - условие выполняется.

Водозохватую способность дрены определяем по формуле (6.25)

м²/сут.

Допустимую скорость фильтрации по формуле Зихарта (6.26)

м/сут.

Вывод: т.к. все требуемая проверка выполнена, назначенный диаметр и уклон боковой дрены считаем верными.

12. Строим кривую депрессии в сторону защищаемой территории (берега) по уравнениям (6.2):

Расчет по определению координат кривой депрессии сводим в табл. 2

х, м	0	10	50	75	100	125	150	175	200
у, м	0	0,895	2,00	2,45	2,82	3,16	3,47	3,74	4,00

13. Находим расстояние от дрены до дальней границы защищаемой территории l₃, для чего вычисляем ординату кривой депрессии в конце этого расстояния у₃

Тогда расстояние l₃ можно определить из уравнения кривой депрессии откуда l₃= .

Сравниваем, полученное значение l₃=78,0 м и В=200,0 м. Если l₃ ≥ В, то требуемое понижение уровня грунтовых вод под всей защищаемой территорией обеспечивается. В случае l₃ < В