Уч. пособие для курсового проектирования пойменной насыпи и оздоровления выемки

Учитывая высокую трудоемкость работ, вместо мощения камнем можно принять укрепление железобетонными лотковыми секциями, оптимальными с очертаниями полуокружности.

Таблица 3.1 – Расчет водоотводной канавы

3.4 Проектирование дренажа

Для понижения уровня грунтовых вод под основной площадкой в выемке следует запроектировать дренаж. Производится выбор типа дренажа, определение его технической эффективности, расчет глубины заложения, ширины траншеи, сроков осушения, расхода воды в дренаж и гидравличе-

31

ский расчет с подбором трубы (дрены), разработка конструкций смотровых колодцев и выпуска воды из дренажа.

Выбор типа дренажа выполняется согласно классификации с учетом местных условий: гравитационные горизонтальные траншейные трубчатые, несовершенные, совершенные (врезанные в водоупор), подкюветные, закюветные, откосные, односторонние, двусторонние и др. /1/.

3.4.1 Определение технической эффективности дренажа

Техническая эффективность дренажа определяется коэффициентом водоотдачи Кво ≥ 0,2, величиной весовой влажности, снижаемой дренажем W, а также сроком осушения tос:

К во mo / nГ ; mo nГ (1 к )Wм ( d / в ) ; d s /(1 e) ; e nГ /(1 nГ ) ,

где mo – водоотдача грунта; nг – пористость грунта;

к – величина капиллярно-застрявшей воды (в долях от максимальной молекулярной влажности Wм );

W nГ ( в / d ) (1 к )Wм .

П р и м е р . Известно: nг = 42 % ; γs = 26,8 кН/м3, Wм = 14 % ; к = 0,12.

Вычисляем

е 0,42 /(1 0,42) 0,724 , γd 26,8 /(1 0,724) 15,55 кН/м3.

Определяем mo 0,42 (1 0,12) 0,14(15,55 / 9,81) 0,171 ; K во 0,171/ 0,42 0,41 0,2 .

Следовательно, дренаж эффективен. Величина влажности, снижаемой дренажем:

W 0,42(9,81/15,55) (1 0,12) 0,14 0,11 11 %.

3.4.2 Определение размерных параметров дренажной траншеи

Глубина заложения двустороннего подкюветного дренажа hд (рисунок 3.4) определяется по формуле hД п р - б ез акп f ho hк ,

где ез – величина запаса на возможное изменение уровня ГГВ и Zпр в разные годы. Можно принять ез = 0,25 м;

f – стрела подъема кривой депрессии; f = Lм ∙ Io.

При ширине основной площадки первого пути (старого) Вс, нового Вн, крутизне откосов кюветов mc , mн величина междренажного пространства

2Lм равна

2Lм = 0,5(Bн + Вс) + Вм + (mн + mс) ∙ hк – 2 ∙( ад – 0,5bк) м.

2ад = 0,52 …0,60 м – при устройстве дренажа дреноукладчиком (траншеекопателем).

32

П р и м е р . Известно: В н = 6,0 м; Вс = 5,8 м; Вм = 4,1 м; mн = 1,5; mc = 1,0; Zпр = 1,9 м; б = 0,6 м; акп = 0,5 м; Io = 0,05.

Глубина кювета hк = 0,6 м; ширина по дну вк = 0,4 м. Принимаем ез =

0,25 м; hо = 0,4 м.

Вычисляем

2Lм = 0,5 ∙ (6,0 + 5,8) + 4,1 + (1,5 + 1,0) ∙ 0,6 – 2 ∙ (0,4 – 0,5 ∙ 0,4) =11,1 м; f = 0,05 ∙ 5,55 = 0,28 м.

Определяем hд = 1,9 – 0,6 + 0,25 + 0,5 + 0,28 + 0,4 – 0,6 = 2,13 м.

Ширину дренажа принимаем 2ад = 0,8 м, так как hд = 2,13 < 2,5 м (или 2ад = 0,6 м, если устройство траншеи выполняется дренажной машиной).

3.4.3 Определение срока осушения междренажного пространства

Срок осушения дренажем грунтов междренажного пространства tм определяется по формуле

η1 – функция, определяющая время от начала осушения до смыкания ветвей кривой депрессии (в междренажном пространстве);

Вычисляем fo = 0,05 ∙ 5,55 + 0,4 = 0,68 м. Определяем Н = 104,30 – 105,23 + 2,29 + 0,6 = 1,96 м.

Т = 104,3 – 99,3 – 1,96 = 3,04 м.

Вычисляем коэффициент К В 1 5,50,4 3,04 /[1,96(1,96 3,04)] 2,94 ; функцию 1 (1,96 2 0,4) /[3(1,96 0,4)2 ] 0,165 м-1.

При ho / H = 0,4 /1,96 = 0,204 , интерполируя по приложению Д, определяем

A 0,842 [(0,817 0,842) /(0,3 0,2)] (0,204 0,20) 0,841.

Функция 2 [2 /(3 0,8412 )] (1/ 0,68 1/1,96) 0,905 м –1.

Время осушения междренажного пространства

tм [0,17 5,552 /(9 10 -8 2,94)](0,165 0,905) 36308013,7 / 86400 420,2 суток.

Здесь 86400 с в сутках. Допустимо t м = 1…3 года.

33

Расчетная схема приведена на рисунке 3.4.

Для расчета расхода воды с полевой стороны qп определяем расход воды со стороны стенки траншеи и со стороны дна.

Расход со стороны стенки qпс = 0,5 ∙ 10-6 ∙ 0,05(1,83 + 0,4) = 0,057∙10-6 м3/с.

34

Вычисляем Lо = (1,83 – 0,4) / 0,05 = 28,6 м; βq = 28,6 / 3,17 = 9,02 > 3 .

Принимаем βq = 3,0 и вычисляем q 3 3,17 /(3 3,17 0,4) 0,96 .

По графику qпр = f(α, β) при β = 3. и α = 0,96 находим q′пр = 0,19.

По графику qпр = f (α, β) находим qпр = 0,29.

Расход воды из междренажного пространства Io = Iм;

qм = 10-6 ∙ 0,05 ∙ [5,55 ∙ (0,05 + 0,29) + 2 ∙ 0,4] = 0,134 ∙ 10-6 м3/с.

Полный расход воды на 1 пог. м одного дренажа

q = 0,183 ∙10-6 + 0,134 ∙ 10-6 = 0,317 ∙ 10-6 м3/с;

на всю длину одного дренажа Qд = 0,317 ∙ 10-6 ∙ 670 = 2,12 ∙ 10-4 м3/с.

3.4.5 Выбор дренажных труб, смотровых колодцев

Выбор дренажных труб по материалам и размерам производится в соответствии с расходом Qд , уклоном iд , местными условиями (приложение 5 /1/). Подбирается диаметр круглой трубы dт (внутренний). При этом следует вычислить:

площадь сечения трубы т = 0,25πd2; гидравлический радиус Rг = 0,25dт;

коэффициент С (1/ Кш )R y (1/ 0,012)R

Определяют скорость воды в трубе Vт = C Riд ;

пропускную способность трубы Qт = тVт;

расчетный расход воды в конце дренажа Qр = КзсqLд = КзсQд,

где Кзс = 1,5 – коэффициент, учитывающий засорение дренажных труб. Должно быть Qр ≤ Qт . Если условие не соблюдается, необходимо изме-

нить dт и произвести проверочный перерасчет.

П р и м е р . Известно: Qд = 2,14 ∙ 10-4 м3/с; iд = 0,003 (параллельно дну кювета).

Расчетный расход воды в конце дренажа Qр = 1,5 ∙ 2,14 ∙ 10-4 = 3,210∙10-4 м3/с. В качестве дрены выбираем круглую керамическую трубу с внутренним

диаметром dт = 0,125 м. Вычисляем:

площадь сечения трубы т = 0,25π ∙ 0,1252 = 0,0123 м2; гидравлический радиус Rг = 0,25 ∙ 0,125 = 0,03125 м;

коэффициент C = (1/ 0,012 )0,03125 0,142 = 50,94 .

Скорость воды в дренажной трубе V = 0,03125 0,003 0,493 м/с;

пропускная способность трубы

Qт = 0,0123 ∙ 0,493 = 60,64 ∙ 10-4 > Qр = 3,180∙10-4 м3/с.

36

Выбранные трубы обеспечивают пропуск полного расхода воды в дренаж. Целесообразно принимать для дренажа трубофильтры, которые имеют макропористые стенки и укладываются без дренажной обсыпки, или композитные трубы. Дренажный заполнитель можно принять из среднего или крупного песка. Вместо дренажной обсыпки патрубка можно применять геотекстиль, который также можно использовать для обоймы заполнителя в дренажной траншее.

Смотровые колодцы проектируются из сборных элементов – круглых железобетонных колец диаметром dк = 1,0 м, высотой hк = 0,7 м; размещаются на прямых Lп – через 75, в кривых Lк – через 50 м. Для подкюветных дренажей применяются колодцы галерейного типа (рисунок 3.5) lmд ≥ 0,8 м; a дп ≥ 0,2 м. Количество смотровых колодцев N к Lп / 75 Lк / 50. Требуется опреде-

лить расстояние lк от оси пути до оси смотрового цилиндра колодца. Возможно применение композитных колодцев и наблюдательных скважин из полимерных труб.

В конце дренажа устраивается выпуск с утепляющим валом грунта на высоту Zпр + dт от верха дренажной трубы /1 – 3/.

3.5 Проектирование противопучинных конструкций

3.5.1 Вариант противопучинной подушки

Для ликвидации пучин в выемке рассматриваются варианты противопучинной подушки и термопокрытия. При этом производится анализ местных условий (исходных данных) с определением размерных характеристик: hр, hn, ln, lny; пучинного горба; глубины промерзания Zпр – расчетной, принимаемой для неблагоприятного года с суровой зимой; величины

балластного слоя бсi.

Выбираются противопучинные конструкции: подушки врезные, термопокрытия и материалы для подушек и термопокрытий. Производится расчет противопучинных конструкций с определением Пв, Dc, D, Вв, предусматрива ется устранение полного или неравномерного (избыточного) пучения /1/.

Размеры противопучинных подушек для ликвидации пучин полной зоны промерзания (II типа) определяются по принципу полного выведения зоны промерзания (пучинистых грунтов) из зоны пучинистых грунтов (зоны промерзания) соответственно виду подушки. При этом на длине пучины lп устраняется полное пучение hп.

Толщина подушки Пв К м (Z п р

Dc = lп = hр / iд; длина подушки Dв = l0 + 2Dc. Отводы воды в поперечном про-

филе проектируются в выемках – в дренажи (с поперечным уклоном

0,02…0,04).

Ширина подушки определяется по условиям предупреждения бокового промерзания глинистого грунта под концами шпал /1/.

37

П р и м е р . Известно: Участок двухпутный, ∑бci = 0,6 м;

V = 105 км/ч; lп = lв = 530 м;

грунт – суглинок тяжелый, Zпр = 1,9 м;; пучина II типа, hр = 24 мм, материал подушки – шлак котельный.

Расчетные схемы конструкций врезных подушек, поперечный и продольный профиль приведены на рисунке 3.6.

Допустимый уклон отводов при V = 105 км/ч iд = 0,001. (таблица 8.6 /1/). Коэффициент промерзаемости шлака котельного Кш = 0,80 (приложение Е).

Принимаем ∑бнi = ∑бci . Вычисляем:

толщину подушки Пв = 0,80 (1,9 – 0,6) = 1,04 м, длину сопряжения Dc = lo = 24 ∙ 10-3 / 0,001 = 24 м, длину врезной подушки Dв= 530 + 2 ∙ 24 = 578 м, ширину подушки под два пути в выемке Вн = Вв = 2Lм.

Отвод воды из подушки в поперечном профиле с уклоном 0,02…0,04 – в двухсторонний подкюветный дренаж.

3.5.2 Вариант термопокрытия

Термопокрытия устраиваются из пенопластов различных марок ПС – 1, ПС – 4, ПХВ – 1 и др. (приложение 8 /1/), выпускаемых в виде плит размером от 1,0 (1,0…4,0) м толщиной 0,05…0,08 м. Пенопластовое покрытие укладывается в уровне основной площадки между слоями сверху бсв и снизу бсн ;

бсв = бсн = 0,05 – 0,10 м.

Толщина термопокрытия определяется подбором из условия равенства глубины промерзания, приведенной к грунту (эквивалентной) до и после устройства покрытия.

Вариант решения. При одинаковом материале балласта δс и δн до и после устройства покрытия толщина пенопластового покрытия

Ппп = Кпп ∙ [Z п р бнi (Z дi / Кi )],

где Кпп – коэффициент промерзаемости пенопласта (приложение Е); Σбнi – толщина слоев балласта над пенопластом.

Количество слоев пенопласта nпп = Ппп /τ,

где τ – толщина плиты принятой марки пенопласта, м. Длина сопряжения Dс = hp / iд, м.

Длина термопокрытия Dтп = lп + 2Dc, м.

Ширина термопокрытия по условию предупреждения бокового промер-

Здесь lш – длина шпалы, м;

азп – величина запаса, учитывающая наличие снега в междупутье, на обочине;

39