Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Российская открытая академия транспорта МИИТ

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Cоклаков-курсовой по Ашпизу.doc

Скачиваний:

Добавлен:

18.08.2019

Размер:

1.56 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 65 6 > Следующая >>>

2.2. Проектирование противопучинных мероприятий

в выемке

С целью перехвата или понижения уровня подземных вод и их отвода в заранее установленные места применяют дренажи. Для земляного полотна наибольшую опасность представляют свободная гравитационная вода и, особенно, напорная вода, которые в зимнее время создают условия для морозного пучения грунта. При значительном количестве связанной воды так же существенно ослабляется сопротивление грунта сдвигу. Наиболее эффективными для повышения стабильности выемки являются подкюветные дренажи.

Рассматривается двухсторонний подкюветный дренаж для выведения уровня грунтовых вод из зоны промерзания. Его проектирование состоит из следующих этапов:

- определение глубины заложения дренажа;

- определение притока воды в дренажах;

- гидравлический расчет дренажа;

- гидравлический расчет дренажных труб (расчет пропускной способности труб);

- определение технической эффективности дренажа и срока его осушения.

Определение эффективности дренажа.

Техническая эффективность дренажа определяется коэффициентом водоотдачи m₀.

Коэффициент пористости определяется по формуле:

, (2.2.1)

где - пористость грунта выемки, ;

Удельный вес грунта определяется по формуле:

, (2.2.2)

где – удельный вес частиц грунта, кН/м³;

кН/м³.

Водоотдача определяется по формуле:

, (2.2.3)

где - величина капиллярно связанной воды, ;

- максимальная молекулярная влагоемкость,

Таким образом:

Коэффициент водоотдачи определяется по формуле

; (2.2.4)

0,37 > 0.2 – условие эффективности дренажа выполняется.

Из расчета следует, что устройство подкюветного дренажа при данных инженерно-геологичнских свойствах грунта эффективно.

Определение глубины заложения дренажа.

Рис. 2.2.1 Расчетная схема для определения глубины заложения дренажа h:

h – глубина заложения дренажа; Н – глубина от УГВ до дна дренажа; h₀ – расстояние от дна дренажа до верха трубы; h_к – глубина кювета, h_к= 0,6м; 2а – ширина дренажной траншеи, зависит от искомой глубины заложения дренажа; z – глубина промерзания; е – интервал коле-баний зон промерзания и капиллярного поднятия, е =0,2м; а_к – высота капиллярного поднятия; f₀ – стрела кривой депрессии; L₀ – длина проекции кривой депрессии; 2L_m – длина междудре-нажного пространства; m – заложение откоса кювета m=1.5м; d – диаметр дрена-жной трубы.

Глубины заложения дренажа

. (2.2.5)

Стрела кривой депрессии

, (2.2.6)

где: I₀ – средний уклон кривой депрессии.

Длина междудренажного пространства

, (2.2.7)

где: В₀ – ширина основной площадки выемки, зависит от категории дороги.

Определение длины междудренажного пространства по формуле 2.2.7

Так как данная выемка проектируется для дороги 3 категории, то ширина ее основной площадки составит: В₀= 7,3 м.

м.

Определение стрелы кривой депрессии по формуле 2.2.6

м.

Определение расстояния от дна дренажа до верха трубы

, (2.2.8)

где: 0,15 – толщина дренирующего грунта под дренажной трубой, м.

м.

Определение глубины заложения дренажа по формуле 2.2.5

м.

Определение расстояния от УГВ до дна дренажа

, (2.2.9)

где: А_БР – отметка уровня бровки основной площадки земляного полотна;

А_ГВ – отметка уровня грунтовых вод.

м.

Определение притока воды в дренаж.

В расчетной схеме для определения притока воды в дренаж приняты следующие допущения (рис.2.2.2):

- запасы воды в области питания считаются неограниченными, т.е. приток воды на 1м дренажа постоянный;

- до устройства дренажа зеркало грунтовых вод и поверхность водоупора горизонтальные, а скорость фильтрации воды равна нулю;

- после устройства дренажа движение воды равномерное, т.е. применим закон Дарси.

Рис. 2.2.2 Расчетная схема для определения притока воды в дренаж:

Т- расстояние от дна дренажа до водоупора; - высота выклинивания кривой депрессии над верхом трубы.

Приток воды в дренаже определяется по формуле:

, (2.2.10)

где: - притоки воды соответственно из зон А, Б, В;

- притоки воды из междудренажного пространства.

Высота высачивания кривой депрессии:

; (2.2.11)

м.

Длина проекции кривой депрессии:

(2.2.12)

м.

Приток воды из зон А и Б:

, (2.2.13)

где: К_f - коэффициент фильтрации, К_f = м/с.

м²/с.

Приток воды из зоны В:

(2.2.14)

где: - приведенный приток со дна; определяется по графикам (см. рис.6.20 стр.398 [1]), в зависимости от и .

, (2.2.15)

;

, (2.2.16)

Так как > , то приведенный расход воды со дна будет определяться по формуле

, (2.2.17)

где: - приведенный приток со дна, при = и определяемого по формуле

, (2.2.18)

, м²/с.

Тогда

м²/с.

Следовательно

м²/с.

Общий приток с полевой стороны

м²/с.

Боковой приток из междудренажного пространства (зона М):

, (2.2.19)

где: - стрела кривой депрессии в зоне М

; (2.2.20)

м;

Тогда

м²/с.

Донный приток из междудренажного пространства (зона М):

; (2.2.21)

Определение приведенного притока со дна в зависимости от и .

;

По значениям и определяем , т.е. =0,284 м²/с.

Тогда

м²/с.

Суммарный приток из междудренажного пространства:

; (2.2.22)

м²/с.

Общий приток воды в дренаж определяется по формуле 2.2.10

м²/с.

Расход воды определяется по формуле:

, (2.2.23)

где - длина водосборной части дренажа, =643 м.

м³/с.

Гидравлический расчет дренажных труб.

Транзитный расход воды, проходящей к верхнему сечению данного участка:

. (2.2.24.)

Для круглой трубы:

м².

Определим скорость движения воды.

Принимаем п =0,012; у =0,164.

м;

м/с,

где: i_v – продольный уклон выемки, i_v = 4 .

Следовательно,

м³/с.

Необходимо соблюдение условия:

, (2.2.25)

где: - допустимый расход воды, м³/с.

м³/с.

0,022 > 0,000932 м³/с.

Таким образом, необходимые условия соблюдаются – использование тру-бы с гладкой бетонной поверхностью и диаметром 0,2 м рационально.

Гидравлический расчет дренажа.

Граница 1 (грунт – засыпка):

- у с л о в и е м е х а н и ч е с к о й с у ф ф о з и и.

Для предупреждения механической суффозии (выноса) мелких частиц из грунта выемки в дренирующий заполнитель входная скорость фильтрации должна быть меньше допустимой:

; (2.2.26)

, (2.2.27)

где К_f - коэффициент фильтрации, К_f =22^.10^-7 м/с.

м/с.

При двухстороннем подкюветном дренаже входные скорости равны:

- с полевой стороны:

; (2.2.28)

. (2.2.29)

- со стороны междудренажного пространства:

; (2.2.30)

. (2.2.31)

Определим входные скорости и сравним их с допустимыми:

- с полевой стороны:

м/с;

м/с.

- со стороны междудренажного пространства:

м/с;

м/с.

Из расчета следует, что скорость поступления воды в отверстия трубы на порядок меньше допустимой скорости , т.е. механическая суффозия мелких частиц из грунта выемки в дренирующий заполнитель будет предотвращена.

- у с л о в и е у с т о й ч и в о г о с в о д о о б р а з о в а н и я.

Для исключения попадания частиц грунта выемки в дренажный заполни-тель необходимо соблюдать условие, чтобы размеры пор дренажного заполни-теля и частиц грунта выемки находились в таком соотношении, при котором обеспечивается устойчивое сводообразование из наиболее крупных частиц грунта (d₉₀) земляного полотна на границе 1, т.е. должно выполняться условие

е_зап≤ с ^. d_90-гр, (2.2.32)

где: е_зап - расчетный линейный размер пор дренирующей засыпки;

с - коэффициент запаса, с = 2÷4;

d_90-гр - размер частиц грунта меньше которых по массе содержится 90%.

, (2.2.33)

где: - коэффициент неоднородности;

n - пористость дренирующего заполнителя;

d_17-зап - размер частиц дрен. заполнителя, меньше которых по массе 17%.

, (2.2.34)

где: d_60-зап и d_10-зап - размер частиц дрен. заполнителя, меньше которых по массе соответственно 60% и 10%.

Размеры частиц d_90-гропределяется по графику гранулометрического состава грунта выемки (рис. 2.2.3), а размеры d_10-зап, d_17-зап и d_60-зап по графику гранулометрического состава грунта дренажного заполнителя (рис. 2.2.4).

d_90-гр = 0,675мм, d_10-зап = 0,03мм, d_17-зап = 0,05мм и d_60-зап =0,375мм.

Коэффициент неоднородности составит

Определение расчетного линейного размера пор дренирующей засыпки

мм.

Проверка условия 2.2.32

2^. d_90-гр= 2^. 0,660 = 1,32 мм

0,02 < 1.32 мм – условие выполнено.

Из расчета видно, что расчетный линейный размер пор дренирующей засыпки меньше размера наиболее крупных частиц грунта (d₉₀) земляного полотна, т.е. образование устойчивого свода гарантируется. Следовательно, грунт с данным гранулометрическим составом (п. 4.2 исходных данных) может применяться в качестве дренажной засыпки.

Граница 2 (засыпка – труба):

- у с л о в и е м е х а н и ч е с к о й с у ф ф о з и и.

Предупреждение механической суффозии мелких частиц дренажной засыпки в дренажную трубу обеспечивается при условии, что

Исходя из этого условия, определяется площадь поверхности дренажной

трубы, требуемая для сбора и пропуска общего притока воды q в дренаж с до-пустимой скоростью, т.е. , где:

и ,

где: - коэффициент фильтрации дренажной засыпки, .

Тогда

где: F_ТР - площадь, требуемая для сбора и пропуска общего притока воды q в дренаж с допустимой скоростью;

- коэффициент, определяющий долю работающих отверстий, принима-ется равным 0,25 при условии, что работает каждое 4-е отверстие и 0,5 при условии, что работает каждое 2-е отверстие в трубе.

Примем условие, что при сборе и пропуске общего притока воды q в дренаж работает каждое 4-е отверстие дренажной трубы.

Тогда

(2.2.35)

Определение допустимой скорости, при которой не происходит суффозия мелких частиц из дренажной засыпки в трубу

м/с.

Тогда требуемая площадь для сбора и пропуска общего притока воды q в дренаж с допустимой скоростью составит

м².

- у с л о в и е у с т о й ч и в о г о с в о д о о б р а з о в а н и я.

Для исключения проскакивания частиц дренажной засыпки через водо-приемные отверстия в трубу необходимо соблюдать условие, чтобы размеры

этих отверстий и частиц заполнителя находились в таком соотношении, при ко-тором обеспечивается устойчивое сводообразование из наиболее крупных зерен заполнителя на границе 2, т.е. должно выполняться условие

е_Т≤ с ^. d_90-зап, (2.2.36)

где: е_Т – линейный размер водоприемного отверстия;

с - коэффициент запаса, с = 2÷4;

d_90-зап - размер частиц заполнителя меньше которых по массе содержится 90%, определяется по графику гранулометрического состава грунта дренажного заполнителя (рис. 2.2.4).

Для исключения быстрого засорения водоприемных отверстий дренаж-ной трубы необходимо, чтобы их диаметр был не менее 0,01 м.

Проверка условия 2.2.36

2^. d_90-зап = 2 ^.1,775 = 3,55 мм = 0,00355 м.

0,01 > 0.00355 м – условие не выполняется.

Так как условие 2.2.36 не выполняется, то устойчивое сводообразование не обеспечивается. Следовательно, для исключения попадания частиц дренаж-ной засыпки через водоприемные отверстия в трубу необходимо устройство геотекстиля на границе 2.

Площадь поперечного сечения водоприемного отверстия составляет

м².

Количество отверстий на 1 пог. м длины трубы определяется по формуле

, (2.2.37)

отв.

Рис. 2.2.3. График гранулометрического состава грунта выемки.

Рис. 2.2.4. график гранулометрического состава грунта дренажного заполнителя

Определение сроков осушения.

Срок осушения t₀ – это время, за которое найденная эффективность дренажа будет реализована, т.е. кривые депрессии грунтовой воды займут свое стационарное положение. Величина t₀ определяется по формуле:

, (2.2.38)