10957

231

ВВЕДЕНИЕ

В работе рассматривается осушение строительного котлована от подтопления грунтовыми водами фундаментов намечаемых сооружений. При этом рассматривается работа осушительной дренажной системы и в период эксплуатации построенных сооружений после засыпки котлована по окончании возведения фундаментов.

Для выполнения работы студент получает индивидуальное задание.

Структура и объем отчетных материалов должны соответствовать стандарту кафедры – СТД 1-00, где приводятся требования к комплектности,

содержанию, оформлению и сдаче расчета и графического материала.

232

1 НАЗНАЧЕНИЕ ТРАССЫ ДРЕНАЖНОЙ СИСТЕМЫ И РАСЧЕТНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ЕЕ ЗАГЛУБЛЕНИЯ НА НАЧАЛЬНОМ УЧАСТКЕ

Плановые размеры основания площадки строительства определяются геометрическими расстояниями a и b по заданию.

Для проектирования дренажной системы предусматривается дополнительный запас территории для организации транспортного сообщения вокруг строящихся объектов и прокладки дренажных труб за пределами транспортной системы для ее сохранности.

Ширина дорожной сети вокруг запланированной площадки котлована принимается 6 м, прокладка дренажных труб намечается в 2 м от дорожной сети.

С учетом принятых решений длина дренажной сети составляет по линии АВ:

lАВ = а + 16, м;

по линии BC:

lВС = b + 16, м.

На рис. 1 представлен план дренажной системы.

233

Рис. 1 План дренажной системы

Движение грунтовых вод по дренажной системе строительного котлована распадается на 2 участка ABC и ADC. На рис. 1 стрелками показано движение воды в дренажных трубах от точки А к точке С. Для создания уклона для организации движения воды в трубах в точке А принимается минимальное заглубление трубы, в точке С заглубление максимальное.

Для определения заглубления дренажной системы задаемся диаметром дренажной трубы. Дренирование галечниковых и крупнозернистых песчаных грунтов следует выполнять трубами диаметром 150; 200 мм. Для всех остальных грунтов следует принимать трубы диаметром 100; 150 мм.

Дренажные трубы для надежного дренирования территории следует обсыпать фильтрующими слоями толщиной каждого слоя 0,1 м. Для крупных песков принимается 1 слой фильтра; для средних песков 2 слоя; для всех остальных грунтов 3 слоя.

Принимается заглубление верха дренажного устройства в 0,5 м от заглубления фундамента зданий d.

С учетом всех отмеченных обстоятельств заглубление дренажной системы в точке А рассчитывается по рис. 2.

Рис. 2 Схема к расчету заглубления дренажной трубы в точке А

Отметка заглубления дренажной системы в точке А определяется по выражению:

где D – диаметр трубы;

n – число слоев дренажной обсыпки.

2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИТОЧНОСТИ ВОДЫ К ДРЕНЕ

Так как дренажные трубы обеспечивают движение водного потока в условиях безнапорного движения, то для этого режима требуется прокладка труб с уклоном от точки А в направлении к точке С. Принимается уклон i = 0,001. Учитывая принятый уклон, заглубление дренажной системы в точке

С будет самым большим.

Для расчета приточности воды к дрене требуется определить расчетное заглубление дрены в среднем положении трасы АВС:

Для указанного положения расчетная глубины грунтовых вод будет

равна:

Приточность грунтовых вод к дрене необходимо рассмотреть с учетом заглубления водоупора. На рис. 3 представлены 3 расчетные схемы для положения дренажной трубы относительно водоупора.

Приточность грунтовой воды к дрене при неучете инфильтрации определяется по формуле:

Значения коэффициента фильтрации k принимается в зависимости от вида грунта по табл. 1. В расчете приточности фильтрационного расхода к дренажной трубе зададимся условием h2 = 0,8D.

Предложенная зависимость применима для схемы а) рис. 3. Для схемы

б) рис. 3 величина h2 не учитывается, и приточность воды к дрене:

Если инфильтрация грунтовых вод учитывается, то приточность воды к дрене определяется по формуле:

Рис. 3 Расчетные схемы определения приточности воды к дрене

Таблица 1

Значения величин tgα, k, р

236

где tga выбирается в зависимости от типа грунтов. Значения tga

представлены в табл. 1.

Если инфильтрация грунтовых вод учитывается, то величина R

Значения величины инфильтрации р принимается в зависимости от вида грунта по табл. 1.

При глубоком залегании водоупора приточность воды к дрене соответствует расчетной схеме в) рис. 3.

этом случае величинами расходов q3 и q4 следует пренебречь.

Воспользуемся приближенными формулами для определения

приточности воды к дрене:

при отсутствии инфильтрации

В указанных формулах радиус влияния дрены R находится по соответствующим формулам (7) и (8).

237

Коэффициентом n определяется осреднение линий токов при движении фильтрационного расхода q2 в зависимости от соотношения R/T по

табличным значениям (табл. 2). При этом следует учесть, что если R/T ≥ 20,

n = 1,15; если R/T ≤ 1, n = 1,87.

Коэффициентом m = 0,75 учитывается неприточность грунтовых вод к

3 РАСЧЕТ ГИДРАВЛИКИ ПОТОКА В ДРЕНЕ

Движущийся поток воды в дрене является безнапорным при неполном заполнении. Требуется определить степень заполнения живого сечения дрены и скорость потока при ранее предусмотренном уклоне i = 0,001.

Полученный расход по формуле (11) соответствует неполному заполнению дрены QНП. Для расчета степени заполнения дрены и скорости потока требуется определить расход потока при полном заполнении по формуле Шези:

где χ – смоченный периметр.

При полном заполнении:

χ = π·D, м. (16)

Степень заполнения дренажной трубы и скорость фильтрационного потока в трубе определяются с помощью коэффициента неполноты расхода

А:

239

При принятом ранее условии h2 = 0,8D, с помощью таблицы 3

Этот результат может не совпасть с ранее заданным значением h2.

Поэтому в реальных условиях пришлось бы снова задаться глубиной потока в трубе и заново произвести расчет. В работе необходимо отметить это

Если окажется ϑНП < 0,3 м/с, то следует указать, что в данном случае в условиях эксплуатации необходимо предусмотреть прочистку труб от заиления. При скорости дренажного потока ϑНП > 1 м/с следует указать, что в этих условиях необходимо для борьбы с размывом грунта или изменить уклон i (сделать меньше 0,001), или увеличить диаметр D. Все указанное потребует выполнения дополнительного расчета, но в работе ограничимся выполненным расчетом.

4 РАСЧЕТ ЕМКОСТИ НАКОПИТЕЛЬНОГО КОЛОДЦА

Считается, что осушение заданной территории осуществляется с помощью накопительного колодца, который располагается в точке С и к которому дренажные воды подаются по двум независимым путям АВС и

АDС.

Конструктивно размеры накопительного колодца определяются видами осушаемых грунтов. Для галечниковых и крупнозернистых песков размеры накопительного колодца принимаются в плане площадью 4,0х4,0 м,

конструктивно высотой 2,2 м. Для всех остальных грунтов плановые размеры следует назначить 3,0х3,0 м, высоту принять 2,0 м.

Принимается условие, что в случае заполнения колодца водой на высоту 0,75 от конструктивной высоты включается насос для удаления накопительной воды в ливневую канализацию.

240

Подсчитывается объем накопленной в колодце воды – W. Заполнение колодца на указанный объем происходит за время:

Здесь множитель 2 указывает на приточность с двух линий АВС и

АDС.

Время осушения колодца следует принять в 4 ÷ 5 раз меньше времени заполнения. Исходя из этого, необходимо подобрать насос для откачки воды.

В качестве интересующих величин для подбора насоса необходимо использовать 2 величины: расход и напор. Расход определяется принятым временем осушения, а напор расстоянием от дна колодца до глубины промерзания от поверхности грунта.

В настоящее время можно использовать погружные насосы.

5 ТРУБЧАТЫЕ ДРЕНЫ

Формы и размеры траншей определяются условиями производства земляных работ. Ширина траншеи по дну зависит от размеров труб и фильтрующей обсыпки.

В городских условия применяют чаще всего трубы: керамиковые,

асбестоцементные и бетонные. Керамиковые трубы укладывают при наличии агрессивных подземных вод.

Для приема дренажных вод в трубах устраивают отверстия. В

керамиковых трубах таким отверстием служит верхняя незаделанная часть раструба (рис. 4) с зазором 10 ÷ 20 мм. Нижнюю часть раструба на одну треть диаметра трубы заделывают асфальтовой мастикой.

В асбестоцементных трубах отверстия устраивают в виде пропилов в средней трети трубы шириной 3 ÷ 5 мм на расстоянии 50 см в шахматном порядке с обеих сторон трубы (рис. 5,а).