6.2 Фільтраційний розрахунок при будівництві трубопроводів на заводнених дільницях та болотах

При влаштуванні траншей на болотах з товщиною шару торфу до 1,5 м трубопровід повинен укладатися в мінеральний або на мінеральний ґрунт. В даному випадку необхідно провести заходи по відкачуванні води з дна траншеї. Для реалізації даного заходу можна використовувати любий насос, подача якого забезпечує відкачування води, яка поступає в траншею .

Метою розрахунку є: визначення кількості води, яка поступає в траншею за одиницю часу і підбір відповідних відкачуючих засобів.

Розрахункова схема фільтраційного розрахунку приведена на рис. 6.3, яка представляє собою поперечний перетин траншеї і прилеглих до неї дільниці. Депресійна поверхня представлена депресійною кривою.

h_т - глибина траншеї; Н - відстань від дна траншеї до рівня ґрунтової води; h - величина, що характеризує рівень води в траншеї; L - довжина депресійної кривої.

Рисунок 6.3 – Розрахункова схема фільтраційного розрахунку.

Внаслідок малої швидкості притоку води – приток води буде ламінарним і будемо вважати, що проток з однієї сторони є таким, що встановився, тобто такий, при якому в кожній даній точці швидкість руху з часом не змінюється; з другої сторони – нерівномірним, тобто таким, при якому площа перетину потоку змінюється вздовж депресійної кривої.

Приток води через одну із бокових стінок в траншею одиночної довжини q_ст визначається за формулою

(6.20)

де k_ф – коефіцієнт фільтрації визначається лабораторним шляхом або приймається орієнтовно із табл. 6.2;

Н – відстань від дна траншеї до рівня ґрунтової води;

h – рівень води в траншеї;

L – довжина депресійної кривої.

Таблиця 6.2 – Середнє значення коефіцієнтів фільтрації

Тип ґрунту	Коефіцієнт фільтрації kф, м/с
Крупний і середній пісок Дрібний пісок Торфи слабкого степеня розкладання супесі Торфи середнього степеня розкладання, легкі суглинки Торфи високого степеня розкладання, суглинки Торфи дуже високого степеня розкладання, легкі глини	(1-10)·10-3 (1-10)·10-4 (1-10)·10-5 (1-10)·10-6 (1-10)·10-7 (1-10)·10-8

Відповідно приток води через дві бокові стінки траншеї довжиною l буде

. (6.21)

Довжину депресійної кривої можна визначити згідно емпіричної формули Зіхарда

. (6.22)

або за формулою Кусакіна

. (6.23)

Значення рівня води в траншеї визначають з умови стійкого положення незаповненого та заглушеного трубопроводу на дні заводненої траншеї без в спливання, тобто, на виконання умови, що

q_mn > q_в, (6.24)

де q_mn - вага одиничної довжини трубопроводу із врахуванням ваги ізоляційного покриття;

q_в - виштовхуюча сила води, що діє на трубопровід. Розрахункова схема визначення q_в представлена на рис. 6.4.

Рисунок 6.4 – Розрахункова схема для визначення q_в

Заштрихований сегмент відповідає зануреній в воду частині трубопроводу.

Отже

(6.25)

де γ_в – об’ємна маса води з розчиненими в ній солями;

F_сегм– площа сегмента, яка знаходиться як різниця площ сектора та трикутника АОС, тобто

F_сегм = F_сект – F_трик ; (6.26)

(6.27)

(6.28)

(6.29)

де R – радіус трубопровода;

α – центральний кут (у радіанах);

l_x – довжина хорди сегмента.

Задаючись рядом значень α (в інтервалі 90°-200°), розраховують відповідні значення та будують графік залежності q_в = ƒ(α). На тому ж самому графіку відкладають значення q_mn. Точка перетину графіків q_mn з q_в дає значення куту α_о де буде виконуватись умова, що q_mn = q_в (рис. 6.5).

Значення величини, яка характеризує рівень води в траншеї визначають за формулою

. (6.30)

що відповідає стійкому положенню трубопроводу.

Рисунок 6.5 – Графічна залежність q_в = ƒ(α)

Знаючи приток води в траншею та продуктивність насосу агрегату згідно табл. 6.3, підбирають відповідний тип насосного агрегату.

Таблиця 6.3 – Технічна характеристика насосних агрегатів

Марка агрегату	Марка насосу	Продуктивність агрегату, м3/год
АН-0202 АН-151 АНО-202 АН-261 АН-2 АН-501 АН-1001 АН-3001	3K-6 6MC-6x8 ГБ-351А 8МС-7х3 8МС-7х3 ЭВ-200х4 12НДС ВИСХОМ-МВТУ	45 150 200 260 300 540 1000 3000