Проектирование противопучинных мероприятий в выемке. 
Подкюветный дренаж, оценка его эффективности и сроков осушения грунта

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

• · определение технической эффективности дренажа
• · определение глубины заложения дренажа;
• · определение притока воды в дренажах;
• · гидравлический расчёт дренажа
• · гидравлический расчёт дренажных труб
• · определение срока осушения

Расчетная схема к определению глубины заложения дренажа и притока воды в дренаже рис. 2.1.

Определение технической эффективности дренажа Техническая эффективность дренажа определяется коэффициентом водоотдачи м>0,20. Порядок определения коэффициента следующий.

Вычислим коэффициент пористости по формуле:

где: n_г — пористость грунта выемки, n_г=0,46.

и удельный вес грунта:

где: — удельный вес частиц грунта выемки,.

Определим водоотдачу:

где: — величина капиллярно связанной воды,;

— максимальная молекулярная влагоемкость, ;

— удельный вес воды,.

Коэффициент водоотдачи:

Следовательно дренаж эффективен.

Определение степени весовой влажности:

Определение глубины заложения дренажа.

Для проектирования дренажей глубина заложения от верха дренажа будет равна:

где: р — глубина промерзания грунта от уровня бровки, р=2,12 м;

e — конструктивный запас, принимаемый с учетом колебания уровня грунтовых вод, е=0,20;

— высота капиллярного поднятия, ;

f_0.— стрела кривой депрессии;

J₀ — средний уклон кривой депрессии, J₀ =34= 0,034.

L_м-i — половина длины междренажного пространства, ;

— расстояние от дна дренажа до верха трубы,.

K_o-глубина кювета, равна 0,6 м.

Следовательно величина 2а=1,0 м.

Определяем высоту Н несниженного горизонта грунтовых вод над дном дренажа по формуле:

где: — разница в уровнях бровки и горизонта грунтовых вод,.

Определение сроков осушения Срок осушения грунта t₀ — это время, за которое найденная эффективность дренажа будет реализована, определяется:

где: m₀— водоотдача;

L₀= L_м-i,.

В — коэффициент, определяемый по формуле:

а — полуширина траншеи дренажа, а=0,5 м Т-расстояние от дна дренажа до водоупора, Т=3,03 м;

Ккоэффициент фильтрации, равен 32· 10^-7м/с,.

— некоторые функции осушения, зависящие от вида дренажа.

— формула, определяющая время от начала осушения до смыкания кривых депрессий;

— формула, определяющая время от начала смыкания кривых депрессий до стационарного положения.

значения, А по величине отношений [2], А=0,851.

Следовательно сроки осушения приемлемы и запроектированный дренаж эффективен.

Определение притока воды в дренаж Для расчета приняты следующие допущения:

• · запасы воды в области питания считаются неограниченными, т. е. приток воды на 1 п.м. постоянен;
• · до устройства дренажа зеркало грунтовых вод и поверхность водоупора горизонтальные, а скорость воды равна нулю;
• · после устройства дренажа движение воды равномерное, т. е. применим закон Дарси.

Общий приток воды в дренаже равен:

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

— приток воды из междренажного пространства.

где Ккоэффициент фильтрации, равен 32· 10^-7м/с;

— средний уклон кривой депрессии;

Нвысота несниженного горизонта грунтовых вод над дном дренажа, Н=1,83 м.

h₀ — высота от дна траншеи до верха трубы, равна 0,35 м.

— высота высачивания воды на стенках траншеи.

Приток воды из зоны В:

где — расход воды по Чугаеву Р. Р., в зависимости от и, которые равны:

— принимается при h, находящейся в пределах, ;

— длина проекции кривой депрессии:

— расстояние от дна дренажа до водоупора,.

Так как, то делаем перерасчет:

Следовательно.

Затем определяем общий приток с полевой стороны:

Определяем боковой приток в один дренаж из междудренажного пространства:

где: — приведенный расход со дна, определяется по графикам рис 6.20. [2] в зависимости от и, которые равны:

Следовательно.

Тогда общий приток воды в дренаже равен:

Определяем расход воды по формуле:

где: — длина водосборной части дренажа,.

Гидравлический расчёт дренажа а) для предотвращения механической суффозии мелких частиц из грунта выемки в дренирующий заполнитель или из дренирующего заполнителя в щели или зазоры труб входная скорость фильтрации должна быть меньше допустимой:

.

б) условие устойчивого сводообразования:

где: — расчетный линейный размер поры в дренирующем заполнителе с — коэффициент, с=3 для круглых труб.

— размер частиц грунта, менее которых по массе содержится 90%, получаем по графику гранулометрического состава грунта выемки,.

где: — коэффициент неоднородности,.

— размер частиц дренажного заполнителя, менее которых по массе содержится 17%, получаем по графику гранулометрического состава дренирующего заполнителя.

Контакт грунт — дренирующий заполнитель.

Расход через стенку траншеи с полевой стороны.

Расход из междудренажной стороны через стенку траншеи.

Расход со дна траншеи.

Для дренирующего заполнителя коэффициент неоднородности.

— условие выполняется.

условие выполняется.

Контакт дренирующий заполнитель — труба где — размер частиц грунта, менее которых по массе содержится 90%, получаем по графику гранулометрического состава дренирующего заполнителя, Принимаем.

где — коэффициент неравномерности и неоднородности использования всех отверстий;

nколичество отверстий.

где: — коэффициент фильтрации заполнителя, которым является песок,.

Гидравлический расчёт дренажных труб Транзитный расход воды, подходящий к верхнему сечению данного участка:

Для круглой трубы.

где: d — диаметр трубы, d=200мм.

Определим скорость движения воды.

• · смоченный периметр:
• · гидравлический радиус:

· коэффициент Шези:

где: n — коэффициент шероховатости стенок трубы, равен 0,012.

где: — уклон выемки, равен 9‰.

Следовательно,.

Необходимо выполнение условия:

— условие выполняется.

Расчет толщины теплозащитных устройств Для участков земляного полотна, где величина равномерного пучения оказалась больше допустимой, проводят противодеформационные мероприятия, в качестве которых рассматривают теплозащитные устройства и покрытия либо защитные слои.

Основным параметром, который рассчитывается, является толщина теплоизоляции либо толщина защитного слоя из дренирующих материалов.

Для дороги III категории величина равномерного пучения .

где — интенсивность пучения грунта, характеристика способности грунта к пучению.

где — заданная величина равномерного пучения.

т=2,12м — глубина промерзания.

Определим величину эквивалентной глубины промерзания.

где — средняя за зиму толщина снежного покрова по оси пути;

• — коэффициент эквивалентности снежного покрова;
• — толщина промерзшего слоя (балласт, песок, грунт);

Выразим величину толщины защитного слоя.