20. Расчёт глубины заложения дренажа как противопучинного устройства. Основные положения по расчёту горизонтального трубчатого дренажа.

Глубина заложения двустороннего подкюветного дренажа несовершенного типа как противопучинного устройства определяется из условия понижения уровня грунтовой воды (ГГВ) по оси земляного полотна (расчетное сечение) ниже расчетной глубины сезонного промерзания Z₁₀ на величину запаса (е) и высоту капиллярного поднятия воды а_кп в соответствии со схемой (рис. 2.3) по формуле:

(2.1)

где Z₁₀ – расчетная глубина промерзания грунта, наибольшая за предшествующие 10 лет, м; е – запас, учитывающий возможные колебания уровня капиллярной воды и глубины промерзания в разные годы (е = 0,200,25 м); а_кп – высота капиллярного поднятия воды над уровнем свободной, м (см. исходные данные); f – стрела подъема кривой депрессии, м; h_о – расстояние по вертикали от верха трубы до дна дренажной траншеи (h_о = 0,30,4 м); в – расстояние по вертикали от дна кювета до верха балластной призмы, м.

Рис. 2.3. Расчетная схема двустороннего подкюветного дренажа

несовершенного типа на неэлектрифицированной линии

Стрела подъема кривой депрессии f определяется по формуле:

(2.2)

где m_о – расстояние от стенки дренажной траншеи до расчетного сечения (оси земляного полотна), м; I_o – средний уклон кривой депрессии.

Величина m₀ определяется с учетом категории железнодорожной линии:

– схема на рис. 2.3 и ширины основной площадки В. Величина b складывается из следующих составляющих: глубины кювета К_о = 0,6 м, высоты сливной призмы 0,15 м и толщины слоя существующего балласта h_б.с.

Глубина заложения одностороннего подкюветного (закюветного) дренажа несовершенного типа определяется также по формуле (2.1), но с учетом того, что все величины этой формулы откладываются в расчетном сечении, отстоящем от дальнего конца шпалы по отношению к дренажу на расстоянии 0,25–0,5 м (рис. 2.6). Это позволяет понизить уровень грунтовой воды (ГГВ) ниже границы сезонного промерзания под всей основной площадкой и исключает появление односторонних пучин.

Рис. 2.6. Расчетная схема одностороннего закюветного дренажа несовершенного типа

Стрела подъема кривой депрессии f при одностороннем дренаже определяется в соответствии с рис. 2.6 по формуле:

(2.4)

Расстояния m₁ и m₂ определяются согласно рис. 2.6. Так для подкюветного одностороннего дренажа , а для закюветного одностороннего дренажа (рис. 2.6) . Во всех случаях . Кроме величины b, которая в случае закюветного дренажа определяется как сумма высоты сливной призмы 0,15 м и h_б.с.

После определения глубины заложения дренажа h уточняется его тип (совершенный или несовершенный). Для этого вычисляется толщина Т водоносного слоя ниже дна дренажа:

(2.5)

где О_ДД – отметка дна дренажа, м; О_ВУ – отметка поверхности водоупора, м.

Для подкюветного дренажа (рис. 2.3):

(2.6)

где О_БЗП – отметка бровки земляного полотна, м.

В случае закюветного дренажа (см. рис. 2.4 и 2.6) .

Если величина Т≥0,5 м, то такой дренаж будет несовершенного типа. Если же Т<0,5 м, то глубина его может увеличиться на эту же величину, т. е. дно дренажа доводится до водоупора, и он проектируется совершенного типа. То же решение принимается, если Т получится отрицательным (принимается Т=0).

Основные положения:

1. Определяем глубину заложения и тип дренажа.

2. Определение срока осушения грунта дренажом:

^{Срок осушения зоны под основной площадкой зависит от длительности перехода поверхности грунтовой воды до устройства дренажа к ее стационарному положению после его устройства, характеризуемому кривой депрессии. Срок осушения зависит от его коэффициента фильтрации и количества дренажей.}

^{Срок осушения t определяется по формуле:}

^(2.5)

^{где К}_ф ^{- коэффициент фильтрации грунта, м/сут;}

3. Определение расхода воды в дренаж:

В общем виде у двустороннего несовершенного дренажа можно выделить шесть зон (А, Б, В, Г, Д и Е), из которых вода будет поступать в дренаж (см. рис. 2.3), а у одностороннего несовершенного – зоны 2(А+Б) и 2В (рис. 2.6).

Погонный суммарный расход воды в двусторонний дренаж (в один из двух) определяется:

–при несовершенном типе

(2.16)

–при совершенном типе

(2.17)

Погонный суммарный расход воды в односторонний дренаж определяется:

–при несовершенном типе

(2.18)

–при совершенном типе

(2.19)

^{4. Определение потребного диаметра дренажной трубы:}

Расход воды в конце дренажа Q_ДР складывается из транзитного расхода (если в данный дренаж вода поступает из другого дренажа) и расхода, собираемого на длине L проектируемого дренажа, т. е.

(2.20)

где Q_т – транзитный расход воды, поступающий из сопряженного дренажа, м³/с (если Q_т не задан, то принимают ); L – длина дренажа как водосбора (длина пучинного участка), м; m – коэффициент, учитывающий возможность постепенного загрязнения трубы, .

Диаметр дренажной трубы (дрены) определяется методом подбора.

Расчетный расход, который может пропустить труба, определяется по формуле:

(2.21)

где W_т – площадь сечения трубы, м²; V – скорость течения воды в трубе, м/с;