5. Подбор дрены.

В ходе предыдущего расчета было установлено, какой расход воды должен обеспечивать дренаж при понижении уровня грунтовых вод до отметки ниже сезонного горизонта промерзания грунта. Для того чтобы отвести расчетный расход воды из грунта следует предусмотреть дрену (дренажную трубу). Ее диаметр подбирается на отвод расхода воды полученного в результате предыдущего расчета. При этом придерживаются следующих условий:

− труба работает полным сечением;

− минимальный диаметр трубы 150 мм по условию удобства проведения работ по чистке трубы в период эксплуатации;

Расчет является проверкой на то справится ли труба принятого диаметра с расчетным расходом воды из грунта.

В первом приближении принимаем диаметр трубы равным d=150 мм.

Площадь живого сечения:

Смоченный периметр:

Гидравлический радиус трубы:

По вычисленному гидравлическому радиусу подбираем коэффициент формулы для вычисления показателя степени y:

где n=0.012 − шероховатость керамической дренажной трубы.

Коэффициент C:

На протяжении трубы следует предусмотреть смотровые колодцы для обслуживания дренажа. Конструкция колодца предусматривает устройство водобойного колодца предназначенного для гашения скорости воды и отстоя органических и механических частиц грунта.

В этом случае кулон трубы составит:

i_д = i_р= 0,006 − продольный уклон местности (принятый равным руководящему уклону в курсовом проекте «Новая линия»);

a = 0,25 м − перепад в водобойном колодце между впуском и выпуском;

l = 50-100 м − расстояние между колодцами.

Скорость потока в трубе:

Расход воды в трубу:

Проверяем условие пропуска расчетного расхода в трубу данного диаметра:

Т.е. условие выполнено с большим запасом и увеличивать диаметр трубы не требуется. Уменьшать значение диаметра так же не целесообразно в силу сложностей в текущем содержании трубы.

6. Подбор дренажного заполнителя.

Направленность тока воды создается в дренаже за счет увеличения пористости заполнителя на пути от грунта к дренажной трубе. Правильность подбора дренажного заполнителя обеспечивает осушение дренажа в расчетные сроки и гарантирует продолжительность работы всей конструкции без заиливания в течение всего срока эксплуатации.

Расчет производится по двум условиям:

− исключена суффозия мелких частиц грунта в поры дренажного заполнителя и частиц заполнителя в отверстия трубы;

− дренирующий заполнитель не должен механический проникать в отверстия трубы.

Эти расчеты производятся для контактов грунт-заполнитель и заполнитель-труба.

Контакт грунт-заполнитель:

Выполнение первого условия обеспечивается соотношением:

где V_вх − скорость на входе в заполнитель (трубу);

[V] − допускаемая скорость на входе в заполнитель (трубу).

Допускаемую скорость на входе в трубу можно найти как:

где k_ф-г=7∙10^-6 м/с − коэффициент фильтрации грунта выемки.

Определим скорости притока воды в дренаж из различных зон сбора воды:

− полевая сторона:

− междудренажная сторона:

В предыдущем расчете было известно q_m которое учитывало расход из междудренажной стороны и расход снизу дренажа. Расход из зоны Г можно получить из зависимости:

Скорость воды в этой зоне:

− приток воды снизу:

Из проведенного расчета видно, что ни одна из полученных скоростей на входе в дренаж не превышает максимально допустимую скорость, следовательно суффозии частиц грунта не происходит.

Выполнение второго условия выражается соотношением:

где с = (2-2,5) − коэффициент пропорциональности;

Делаем проверку:

0.052<2∙2

0.052<4

Проверка выполнена, следовательно грунт не проникает в дренажный заполнитель и далее в дренажную трубу.

Контакт заполнитель-труба:

В расчете так же проводится проверка двух условий изложенных выше:

− первое условие:

В конструкции дренажа используется керамическая труба диаметра 150 мм без отверстий. Вода в такую трубу проникает через щели, предусмотренные в стыках секций трубы. Ширина щели 2 мм.

Скорость на входе в дренаж:

(4.47)

где ζ − коэффициент использования площади щелей (0,25-0,5)

∑F_т − суммарная площадь щелей трубы приходящаяся на 1 погонный метр:

(4.48)

Допускаемая скорость на входе в щель дренажа:

(4.49)

Коэффициент фильтрации заполнителя в данном случае можно рассчитать по формуле:

(4.50)

где d_п − приведенный диаметр частиц заполнителя, который в свою очередь составит:

(4.51)

где g_i − доля по весу той фракции, у которой средний линейный размер равен d_i.

В свою очередь:

(4.52)

Формула (4.52) рассчитывается для каждой крупности частиц:

Суммируя полученные значения, имеем:

(4.53)

Из расчета видно, что условие выполняется, и при таком размере щелей дренажной трубы в неё не будет происходить вынос частиц грунта. Т.е. принимаем размер щели равным 2 мм.

− второе условие:

По графику гранулометрического состава грунта дренажного заполнителя определяем d_90-з:

Условие выполняется, этот заполнитель на контакте с трубой в щели между трубами попадать не будет.