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 QHn. Для расчета степени заполнения дрены и скорости потока требуется определить расход потока при полном заполнении по формуле Шези:
Qп=ω*С*√Ri, м³/с (7)
где ω - площадь живого сечения;
ω=π*D²/4, м (8)
ω=π*0,15²/4=0,018м
С - коэффициент формулы Шези;
R - гидравлический радиус.
R=ω/χ,м (9)
R=0,018/0,471=0,038м
где х - смоченный периметр.
При полном заполнении:
χ = π*D, м. (10)
χ = 3,14*0,15=0,471м
Коэффициент формулы Шези вычисляется по формуле Маннинга:
С=1/n*R0,17 (11)
С=1/0,014*0,574=41
где п - коэффициент шероховатости внутренней поверхности трубы. Для асбестоцементных труб n = 0,014.
Qп=0,018*41*0,006=0,0044 м³/с=382,58м³/сут
Степень заполнения дренажной трубы и скорость фильтрационного потока в трубе определяются с помощью коэффициента неполноты расхода А:
A=Qнп/Qп=f1*(h/D) (12)
A=0,000009065/0,0044=0,002
и коэффициент неполноты скорости В:
B=θнп/θп=f2*(h/D) (13)
Скорость потока в дренажной трубе при полном заполнении определяется по формуле:
θп= Qп/ ωп= Qп/ ω (14)
θп= 0,018/ 0,0044 =4,09 м³/с
Значения величин А и В в зависимости от изменения глубины, т.е. (h/D) приведены в таблице 3 методического пособия. В= 0,35, А=0,025.
При принятом ранее условии h2 = 0,8D=120мм, с помощью таблицы 3 находится глубина потока в трубе:
h2(Р)=A*D (15)
h2(Р)= 0,025*150 =3,75 мм
Этот результат не совпадает с ранее заданным значением h2. Поэтому в реальных условиях пришлось бы снова задаться глубиной потока и заново произвести расчёт.
Скорость потока в трубе находится по зависимости:
θнп=В* θп (16)
θнп=0,35* 4,09 =1,43
При скорости дренажного потока θнп>1м/с, необходимо для борьбы с размывом грунта или изменит уклон i (сделать менее 0,001), или увеличить диаметр D. Все указанное потребует выполнения дополнительного расчета.
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 ABC и ADC.
Конструктивно размеры накопительного колодца определяются видами осушаемых грунтов. Для галечниковых и крупнозернистых песков размеры накопительного колодца принимаются в плане площадью 4,0x4,0м, конструктивно высотой 2,2м. Для всех остальных грунтов плановые размеры следует назначить 3,0x3,0м, высоту принять 2,0м.
Соответственно для Суглинка принимаем плановые размеры 3,0x3,0м, высоту принять 2,0м.
Принимается условие, что в случае заполнения колодца водой на высоту 0,75% от конструктивной высоты включается насос для удаления накопительной воды в ливневую канализацию.
Подсчитывается объем накопленной в колодце воды - W.
W=3*3*2*0,75=13,5 м³
Заполнение колодца на указанный объем происходит за время:
t=W/2 Qнп (17)
t=13,5/(0,78*2 )=8,65сут= 8 суток 15 часа 36 минут
Здесь множитель 2 указывает на приточность с двух линий АВС и ADC.
Время осушения колодца следует принять меньше времени заполнения.
Принимаем, что насос должен осушить колодец за 1 час, т.е. производительность насоса должна быть не меньше 13,5 м³/ч. 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.
Выберем грунтовый насос ПР 12,5/12,5-СП . Его характеристики: подача 12,5 м³/ч , напор 12,5м. (http://nasos.info/catalog.php?mode=view&id=6024)