книги из ГПНТБ / Поляков А.В. Водоотвод и дренаж на аэродромах

360

Фильтрующие засыпки относятся к одному из основных кон­

структивных элементов дрен. Применение фильтрующих засыпок

возможно также при устройстве фильтров поглощающих колодцев

и скважин. Фильтрующие засыпки, являясь промежуточным слоем

между водоносным грунтом и дренажными трубами, должны предо­

твращать вынос частиц грунта в трубы и обеспечивать в то же время надлежащую водозахватывающую способность дрен. При этом разумеется, что материал самих засыпок не должен проникать в

водоприемные щели (отверстия) труб. Следовательно, для того чтобы фильтрующие засыпки смогли выполнять свое назначение,

они, с одной стороны, должны состоять из достаточно мелких

фракций, через промежутки которых не проходили бы частицы грун­ та, а с другой стороны, фракции засыпки должны быть возможно

крупнее, с тем чтобы не проникать в водоприемные щели труб и обеспечивать высокую водопроницаемость засыпок.

Засыпки должны конструироваться так, чтобы частицы основ­ ного каркаса мелкого слоя не проходили бы через поры смежного

с ним более крупного материала (для предотвращения механиче­ ской суффозии). В то же время мельчайшие частицы, попавшие в

толщу последующего слоя, должны беспрепятственно выноситься из него во избежание оседания.

Таким образом, засыпки всех видов дрен должны подбираться с учетом водопроницаемости засыпок и обеспечения незаиляемости труб дрен и самих засыпок.

Удовлетворение столь разноречивых требований, предъявляе­ мых к засыпкам, осложняет их подбор. Вопрос о подборе засыпок

до настоящего времени нельзя считать достаточно изученным. Тео­

ретическое решение задачи отсутствует, а ее экспериментальное разрешение сопряжено с огромнейшими трудностями. Варианты раз­ личных сочетаний грунтов и засыпок весьма многочисленны. Имею­ щиеся в настоящее время рекомендации по вопросу подбора засы­ пок базируются в основном на частных данных опыта и практики.

Обычно при сооружении дрен устраиваются однослойные за­ сыпки, а иногда и двухслойные и трехслойные.

Материал засыпок должен состоять из частиц небольших pas-

меров, способных к образованию жесткого скелета. После укладки в траншею материал засыпок, будучи хорошо водопроницаемым, не

должен в то же время уплотняться и разрушаться от воздействия внешних нагрузок и природных факторов (воды, воздуха, темпера­ туры и т .д .) . Для фильтрующих засыпок обычно применяют гравий,

361

щебень, песок, песчано-гравийные смеси и некоторые виды проч­

ных шлаков.

При установлении пригодности того или иного материала для

засыпки учитывают: крупность зерен, состав засыпки, форму зе­ рен , сопротивляемость выветриванию, прочность материала засып­

ки и состав грунта стенок траншей дрен. Гравий обычно применя­ ют мелкий или очень мелкий, песок - крупный и средний с коэф­

фициентом фильтрации не менее 10 м/сутки. Песчано-гравийные

смеси могут применяться для фильтрующих засыпок после отсева из смесей мелких фракций. Формы частиц гравии и щебня должны

приближаться к сферической, кубической или яйцевидной. Не ре­

комендуется применять частицы игловатой и плитчатой форм с со­

отношением взаимно перпендикулярных сторон свыше 1 ,5 -2 . К фор­

ме зерен песка особых требований не предъявляется. Материал

засыпок должен быть прочным и стойким к выветриванию. Гравий и щебень в засыпках по условиям выветривания рекомендуется при­

менять из изверженных горных пород. По механической прочности щебень должен быть из пород твердых и средней твердости (поро­

нии их водопроницаемости и предотвращения ими заиления труб

дрен и самих засыпок, обеспечивается надлежащим подбором со­ става засыпок. При этом в основу подбора обычно принимается

сопоставление гранулометрических составов и крупностей фрак­ ций предполагаемого материала засыпки и грунта стенок траншей.

На основании опытных сведений и данных практики в настоя­ щее время при подборе состава засыпов глубинных дрен рекомен­ дуется выдерживать следующие соотношения крупностей фракций

засыпки и грунта стенок траншей:

362

Значения D60, Вso , D/Sr S,0,dS5ndsoнаходятся с помощью сум­ марных кривых гранулометрического состава засыпки и грунта,

Рис.139. Суммарные кривые гранулометрического состава:

I - грунт водоносного слоя; 2 - материал фильтрующей засыпки

При необходимости применения многослойных фильтрующих за­ сыпок приведенные соотношения крупностей фракций должны соблю­ даться для каждых двух сменных слоев. На основе данных практи­

ки установлено, что во всех песчаных грунтах с ^ */0 ,2 0 им сле­

дует ограничиваться однослойными фильтрующими засыпками и лишь в очень мелкозернистых песках, где d^ 0,2-0,05 мм, тре­

буется двухслойная засыпка. Для глинистых водоносных грунтов,

как правило, требуехся также двухслойная засыпка (песок и гравий). Засыпки более двух слоев требуются крайне редко. Под­

бор состава отдельных слоев многослойных засыпок осуществляет­

ся, как уже говорилось, путем последовательного расчета каж­

дых двух смежных слоев. Порядок расчета (подбора) остается ..

прежним.

В тесной связи с вопросом подбора засыпок находится вопрос установления размеров щелей (пропилов) или отверстий в трубах

дрен. Размеры щелей и отверстий не должны быть большими, так

как в противном случае в трубы будет проникать грунт и мате­

риал засыпок, несмотря на наличие обкладок из слоя мха над

363

щелями и отверстиями. Прекращение поступления грунта и мате­

риала засыпки в трубы наступит только после образования над

щелями и отверстиями устойчивых сводиков из засыпок. Образова­ ние указанных сводиков обеспечивается соблюдением определенно­

го соотношения между крупностью фракций засыпки и шириной щелей

или отверстий. На основании указанного для предотвращения про­ никания материала засыпки и грунта в трубы дрен С.К.Абрамов

предлагает принимать следующие размеры щелей и отверстий в

сыпках в количестве 50% по весу, в мм (смотри подбор

состава засыпок).

На основании приведенных соотношений можно находить как

предельно возможную ширину щелей (отверстий) в трубах, так и решать обратную задачу - по размерам щелей (отверстий) подби­

рать засыпку.

Кроме указанных соотношений, между размерами щелей (отвер­

где D85 - диаметр частиц, содержащихся в разнозернистых за­ сыпках в количестве 85% по весу, мм (определяется по графику рис.139).

Необходимо отметить, что щелевые отверстия в' трубах явля­

ются более надежными по сравнению с круглыми отверстиями в отношении задержания частиц. Кроме того, щелевые отверстия

создают меньшие гидравлические сопротивления при входе воды в

трубы. Ширину щелей обычно рекомендуют от 3 до 7 мм, диаметр

круглых отверстий 5 - 1 5 мм. Щели (отверстия) располагаются

через 0,3 - 0,5 н по длине труб. В более частом расположении

364

щелей (отверстий) нет необходимости. При устройстве круглых

отверстий их суммарная площадь мохет быть принята примерно

0,5% от поверхности труб. Щели (отверстия) рекомендуется уст­

раивать снизу труб, так как в этом случае хотя несколько и

ухудшатся условия поступления воды в трубы по сравнению с расположением щелей (отверстий) сверху труб, но зато уменьша­

ется попадание материала засыпок в трубы. Щели (отверстия),как правило, для обеспечения большей гарантии против засорения

труб, обкладываются слоем мха.

После подбора состава фильтрующей засыпки устанавливаются

ее размеры: ширина и высота. Определение размеров засыпки про­

Рис.140. Схема к определению размеров фильтрующей

засыпки глубинных дрен:

I - дерновый пласт; 2 - слой мха; 3 - фильтрующая засыпка

Высота засыпки для глубинных дрен принимается 20-25 см

или определяется расчетом. Расчет высоты засыпки при дрениро­

вании однородных по высоте грунтов производится с учетом так называемого "участка выхода" Ah (ри с.140). Под участком выхо-

365

да понимается разрыв между уровнями воды в дрене и на контак­

те фильтрующей засыпки дрены с грунтом водоносного (ненапорно­

го) слоя. Участок выхода, или перепад в напорах Ah , возника­

ет из необходимости движения воды из водоносного слоя к дрене.

Указанное движение может развиваться лишь за счет прыжка Ah ,

приема воды из нескольких слоев дрены устраиваются с высокой

фильтрующей колонкой. Колонки в данном случае сдедует рассмат­

ривать как второй слой засыпки. Высота колонок определяется

местными условиями (напластованием грунтов). Высота засыпки закромочных дрен аэродромных покрытий определяется глубиной заложения этих дрен.

При расчете фильтрующих засыпок и конструировании дрен в целом иногда возникает йеобходимость в проверке дрен на во­

дозахватывающую способность. Для обеспечения нормальной рабо­

У=65т[к- допускаемая во избежание вымывания скорость фильтра­

ции на выходе из грунта в м/сутки при коэффициенте фильтрации водоносного слоя к м /сут.

В случае пользования формулой В.В.Ведерникова величина подсчитывается при условии "нависания" воды над дреной (что встречается редко), а при пользовании формулой С.К.А^рамова - без нависания. Во втором случае водозахват осуществляется толь­ ко смоченной (работающей) частью засыпки.

По данным практики, обычно водозахватывагощая способность

дрен во много раз превышает возможный приток воды в дрены, т .е . необходимое для нормальной работы дрен условие q'^Q , как правило, выполняется.

367

Г л а в а X

ВОДООТВОД И ДРЕНАЖ НА АЭРОДРОМАХ В СЛОЖНЫХ ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЯХ

В настоящей главе даны особенности проектирования водоот­ вода и дренажа на аэродромах, расположенных в сложных природ­ ных условиях. При этом рассмотрены вопросы главным образом проектирования конструкций элементов водоотводных и дренажных систем. В главе приведены особенности проектирования конструк­ ций элементов систем в случае строительства аэродромов в усло­

виях; лессов и лессовидных грунтов, пучинистых грунтов и мно­

голетнемерзлых грунтов.

§ 37. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОДООТВОДА И ДРЕНАМ НА АЭРОДРОМАХ В УСЛОВИЯХ ЛЕССОВ И ЛЕССОВИДНЫХ ГРУНТОВ

Лессы и лессовидные суглинки являются типичными грунтами степной (черноземной) и лесостепной зон. Мощность лессовидных грунтов колеблется от 2 до 8-10 м (редко 15-25 м ). Лессы и леосовидные грунты широко распространены на территории СССР

(р и с .Ш ) .

Под лессами понимают пылеватые неслоистые грунты, в кото­

рых преобладают частицы размером 0,05-0,01 мы (крупная пыль).

Содержание крупной пыли превышает в лессах содержание тонкой

пыли (частицы размером 0,01-0,005 мм). В лессах, как правило,- содержится более 10% CaCOs . Цвет лессов палевый. Для лесса характерны повышенная пористость и макропористость. Пористость

лессов имеет трубчатое строение и вертикальное направление.

В природном залегании лессы хорошо водопроницаемы и размываемы. Лессовидные грунты (суглинки и глины) отличаются от типич­

368

ных лессов значительный содержанием частиц диаметром менее 0,01 мм (тонная пыль) и более высоким содержанием в них глини­ стых частиц (диаметром менее 0,001 мм). Содержание крупной пы­ ли уменьшается здесь за счет увеличения частиц мелкой пыли.Для

лессовидных грунтов характерны менее выраженные свойства лес­ сов.

Р и с .Ш . Карта распространения лессовых и лесоовидных грунтов

на территории СССР

Таким образом, в лессах и лессовидных грунтах пылеватая

фракция резко преобладает над песчаной и глинистыми фракциями.

В сухое время эти грунты пылят, а в сырое время становятся вязкими и липкими.

Лессы и лессовидные грунты, как правило, связаны своеобраз­ ным каркасом из карбонатов кальция. Этот каркао придает ука­

занным грунтам в ненарушенном состоянии известную устойчивость

369

и жесткость. В природном залегании лессы и лессовидные грунты обладают значительной прочностью и способностью выдерживать

вертикальные откосы.

Однако лессы и лессовидные грунты устойчивы только в есте­ ственном сложении. Стоит только хотя бы в малой степени нару­

шить их естественное сложение, например приложением нагрузки

или увлажнением, как эти грунты становятся крайне неустойчи­ выми и приобретают большую неравномерную просадочность. Вслед­ ствие указанного, лессы и лессовидные грунты часто именуют

просадочными грунтами. Просадки на лессах возникают даже без приложения нагрузок, при одном лишь смачивании. Лессы и лессо­

видные суглинки устойчивы только при отсутствии условий их

увлажнения. В случае увлажнения лессовидных грунтов резко те­ ряется их связность. При переувлажненном состоянии лессовидные грунты становятся слабоводопроницаемыми.

Просадочность лессов и лессовидных грунтов объясняется по­ терей ими структурных связей. При просадках происходит оплы­

вание макропор. Главную роль в просадочности лессов и лессовид-?

ных грунтов играет сокращение макропористости, присутствие в грунтах большого количества пылеватых фракций и, наконец, на­

личие в этих Грунтах легкорастворимых вымываемых солей. Если нарушение естественного сложения под влиянием тех или иных

причин происходит под некоторой толщей почвы, то в этих местах образуются крупные полости (карсты), в которые могут обрушивать­

ся вышележащие слои вплоть до поверхностных.

Просадки на лессах и лессовидных грунтах вызывают деформа­ ции возводимых на них сооружений.

Строительство сооружений на просадочных грунтах связано с рядом осложнений.

Так как основной причиной деформаций сооружений является в данном случае просадочность грунтов при их замачивании, то необходимо принятие мер по борьбе с переувлажнением грунтов.

Видное место при этом отводится водоотводу и дренажу.

Конструкции водоотводных и дренажных систем в свою очередь сами должны быть достаточно устойчивыми и не разрушаться по причине просадочности грунтов. Вода из систем не должна прони­

кать в окружающие грунты. В противном случае возможен обратный

результат от устройства осушения.

К конструкциям водоотводных и дренажных устройств в рас-