11028
.pdf230
ЗАДАНИЕ
Исходные данные1
|
Инфиль- |
|
|
Размеры, м |
|
|
Вид |
|
Грунт |
|
|
|
|
|
|
дренаж- |
|
трация |
H |
c |
|
a |
b |
d |
||
|
|
ных труб |
||||||
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 Значения параметров в исходных данных выдаются преподавателем каждому студенту индивидуально
231
ВВЕДЕНИЕ
В работе рассматривается осушение строительного котлована от подтопления грунтовыми водами фундаментов намечаемых сооружений. При этом рассматривается работа осушительной дренажной системы и в период эксплуатации построенных сооружений после засыпки котлована по окончании возведения фундаментов.
Для выполнения работы студент получает индивидуальное задание.
Структура и объем отчетных материалов должны соответствовать стандарту кафедры – СТД 1-00, где приводятся требования к комплектности,
содержанию, оформлению и сдаче расчета и графического материала.
232
1 НАЗНАЧЕНИЕ ТРАССЫ ДРЕНАЖНОЙ СИСТЕМЫ И РАСЧЕТНОЙ ВЕЛИЧИНЫ ЕЕ ЗАГЛУБЛЕНИЯ НА НАЧАЛЬНОМ УЧАСТКЕ
Плановые размеры основания площадки строительства определяются геометрическими расстояниями a и b по заданию.
Для проектирования дренажной системы предусматривается дополнительный запас территории для организации транспортного сообщения вокруг строящихся объектов и прокладки дренажных труб за пределами транспортной системы для ее сохранности.
Ширина дорожной сети вокруг запланированной площадки котлована принимается 6 м, прокладка дренажных труб намечается в 2 м от дорожной сети.
С учетом принятых решений длина дренажной сети составляет по линии АВ:
lАВ = а + 16, м;
по линии BC:
lВС = b + 16, м.
На рис. 1 представлен план дренажной системы.
233
Рис. 1 План дренажной системы
Движение грунтовых вод по дренажной системе строительного котлована распадается на 2 участка ABC и ADC. На рис. 1 стрелками показано движение воды в дренажных трубах от точки А к точке С. Для создания уклона для организации движения воды в трубах в точке А принимается минимальное заглубление трубы, в точке С заглубление максимальное.
Для определения заглубления дренажной системы задаемся диаметром дренажной трубы. Дренирование галечниковых и крупнозернистых песчаных грунтов следует выполнять трубами диаметром 150; 200 мм. Для всех остальных грунтов следует принимать трубы диаметром 100; 150 мм.
Дренажные трубы для надежного дренирования территории следует обсыпать фильтрующими слоями толщиной каждого слоя 0,1 м. Для крупных песков принимается 1 слой фильтра; для средних песков 2 слоя; для всех остальных грунтов 3 слоя.
Принимается заглубление верха дренажного устройства в 0,5 м от заглубления фундамента зданий d.
С учетом всех отмеченных обстоятельств заглубление дренажной системы в точке А рассчитывается по рис. 2.
Рис. 2 Схема к расчету заглубления дренажной трубы в точке А
Отметка заглубления дренажной системы в точке А определяется по выражению:
234 |
|
ÑДС(А) = (200,0 – d) – ( D + 0,5 + n·0,1), м |
(1) |
где D – диаметр трубы;
n – число слоев дренажной обсыпки.
2 ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИТОЧНОСТИ ВОДЫ К ДРЕНЕ
Так как дренажные трубы обеспечивают движение водного потока в условиях безнапорного движения, то для этого режима требуется прокладка труб с уклоном от точки А в направлении к точке С. Принимается уклон i = 0,001. Учитывая принятый уклон, заглубление дренажной системы в точке
С будет самым большим.
Для расчета приточности воды к дрене требуется определить расчетное заглубление дрены в среднем положении трасы АВС:
ÑДС(р) = ÑДС(А) – i × |
lAB + lBC |
, м. |
(2) |
|
|||
2 |
|
|
Для указанного положения расчетная глубины грунтовых вод будет
равна:
h1 = 200 – с – ÑДС(р), м. |
(3) |
Приточность грунтовых вод к дрене необходимо рассмотреть с учетом заглубления водоупора. На рис. 3 представлены 3 расчетные схемы для положения дренажной трубы относительно водоупора.
Приточность грунтовой воды к дрене при неучете инфильтрации определяется по формуле:
q = k |
h2 |
- h2 |
2 |
|
|
|
1 |
2 |
, м |
/с. |
(4) |
||
2R |
||||||
|
|
|
|
Значения коэффициента фильтрации k принимается в зависимости от вида грунта по табл. 1. В расчете приточности фильтрационного расхода к дренажной трубе зададимся условием h2 = 0,8D.
Предложенная зависимость применима для схемы а) рис. 3. Для схемы
б) рис. 3 величина h2 не учитывается, и приточность воды к дрене:
|
|
|
235 |
|
|
q = k |
h2 |
2 |
|
|
|
1 |
, м |
/с. |
(5) |
||
2R |
|||||
|
|
|
|
Если инфильтрация грунтовых вод учитывается, то приточность воды к дрене определяется по формуле:
q = k |
h2 |
− h2 |
2 |
|
|
1 |
2 |
, м |
/с. |
(6) |
|
|
R |
||||
|
|
|
|
|
Рис. 3 Расчетные схемы определения приточности воды к дрене
Таблица 1
Значения величин tgα, k, р
Грунт |
tgα |
k, м/сут |
р, мм/сут |
||
|
|
|
|
|
|
Крупный песок |
0,003 ÷ 0,005 |
60 |
÷ 200 |
10 |
÷ 20 |
|
|
|
|
|
|
Пески |
0,005 ÷ 0,02 |
5 |
÷ 40 |
5 ÷ 10 |
|
|
|
|
|
|
|
Супеси |
0,02 ÷ 0,05 |
0,3 ÷ 5 |
1 |
÷ 7 |
|
|
|
|
|
|
|
Суглинки |
0,05 ÷ 0,1 |
0,1 ÷ 1 |
1 |
÷ 5 |
|
|
|
|
|
|
|
Глины |
0,10 ÷ 0,15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
236
Торф, слабо разложившийся |
|
0,02 ÷ 0,06 |
0,05 ÷ 0,5 |
0,2 ÷ 2 |
|
|
|
|
|
|
|
Торф, сильно разложившийся |
|
0,06 ÷ 0,012 |
0,01 ÷ 0,05 |
1 ÷ 7 |
|
|
|
|
|
|
|
Радиус влияния дрены R при неучете инфильтрации находится по |
|||||
зависимости: |
|
|
|
||
R = |
h1 - h2 |
, м |
|
(7) |
|
tgα |
|
где tga выбирается в зависимости от типа грунтов. Значения tga
представлены в табл. 1.
Если инфильтрация грунтовых вод учитывается, то величина R
определяется из выражения: |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
, м. |
|
|
R = |
k |
(h2 |
- h2 ) |
(8) |
|||
p |
|||||||
|
|
1 |
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Значения величины инфильтрации р принимается в зависимости от вида грунта по табл. 1.
При глубоком залегании водоупора приточность воды к дрене соответствует расчетной схеме в) рис. 3.
Радиус влияния дрены |
а +16 |
со стороны котлована небольшой, и в |
|
2 |
|||
|
|
этом случае величинами расходов q3 и q4 следует пренебречь.
Воспользуемся приближенными формулами для определения
приточности воды к дрене:
при отсутствии инфильтрации
|
|
|
|
|
h2 |
|
|
h |
2 |
|
|
|
|||
q = q + q |
2 |
= k |
1 |
+ k |
1 |
|
m, м |
/с; |
(9) |
||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||
1 |
|
|
|
2R R×n |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
при учете инфильтрации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h2 |
|
|
h |
|
|
2 |
|
|
|||
q = q + q |
|
|
= k |
|
1 |
+ k |
|
1 |
|
Т × m , м |
/с. |
(10) |
|||
2 |
|
|
|
R×n |
|||||||||||
1 |
|
|
|
R |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В указанных формулах радиус влияния дрены R находится по соответствующим формулам (7) и (8).
237
Коэффициентом n определяется осреднение линий токов при движении фильтрационного расхода q2 в зависимости от соотношения R/T по
табличным значениям (табл. 2). При этом следует учесть, что если R/T ≥ 20,
n = 1,15; если R/T ≤ 1, n = 1,87.
Коэффициентом m = 0,75 учитывается неприточность грунтовых вод к
дрене (табл. 2). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общий расход воды в дрене определяется по выражению: |
|
|
|||||||
|
|
|
Q = q·lАВС, м3/с, |
|
|
|
(11) |
||
где lАВС = lАВ + lВС – |
длина дренажной сети по линии АВС. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
Значение величины n |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R/T |
20 |
|
5 |
4 |
3 |
|
2 |
|
1 |
n |
1,15 |
|
1,18 |
1,23 |
1,30 |
|
1,44 |
|
1,87 |
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 QНП. Для расчета степени заполнения дрены и скорости потока требуется определить расход потока при полном заполнении по формуле Шези:
|
QП = ω×С |
|
, м3/с |
(12) |
||||
|
Ri |
|||||||
где ω – |
площадь живого сечения; |
|
||||||
|
ω = |
π D2 |
, м2 |
(13) |
||||
|
|
|
|
|||||
|
4 |
|
|
|
|
|||
C – |
коэффициент формулы Шези; |
|
||||||
R – |
гидравлический радиус. |
|
||||||
Коэффициент формулы Шези вычисляется по формуле Маннинга: |
|
|||||||
|
С = |
1 |
R1 6 , |
(14) |
||||
|
|
|||||||
|
|
|
n |
|
238 |
|
||
где n – коэффициент шероховатости внутренней поверхности трубы. |
|
||
Для керамиковых труб n = 0,013; |
|
||
асбестоцементных – n = 0,014; |
|
||
бетонных – n = 0,016. |
|
||
Гидравлический радиус R вычисляется по формуле: |
|
||
R = |
ω |
, м |
(15) |
|
|||
|
χ |
|
где χ – смоченный периметр.
При полном заполнении:
χ = π·D, м. (16)
Степень заполнения дренажной трубы и скорость фильтрационного потока в трубе определяются с помощью коэффициента неполноты расхода
А:
|
|
|
|
A = |
|
Q |
= |
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
НП |
|
f |
|
|
|
; |
|
|
|
|
(17) |
|||||||||||
|
|
|
|
|
QП |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
D |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
и коэффициент неполноты скорости В: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
В = |
ϑ |
= |
|
|
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
НП |
|
|
f2 |
|
. |
|
|
|
|
(18) |
||||||||||||
|
|
|
|
|
ϑП |
D |
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
Скорость потока в дренажной трубе при полном заполнении |
|||||||||||||||||||||||||||
определяется по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
ϑП = |
QП |
|
= |
|
QП |
, м/с. |
|
|
|
|
(19) |
|||||||||||||
|
|
|
|
ω |
|
|
π D2 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
П |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Значения величин А и В в зависимости от изменения глубины, |
т.е. |
h |
|
||||||||||||||||||||||||
|
D |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
приведены в табл. 3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
||||
|
|
|
|
Значения коэффициентов А и В |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
h/D |
0,1 |
0,2 |
|
0,3 |
|
0,4 |
|
|
|
|
0,5 |
|
|
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
0,95 |
|
1 |
|
|||||||
А |
0,025 |
0,1 |
|
0,2 |
|
0,35 |
|
|
|
0,5 |
|
|
0,65 |
0,83 |
1 |
1,07 |
1,1 |
|
1 |
|
||||||||
В |
0,35 |
0,55 |
|
0,75 |
|
0,95 |
|
|
|
1,05 |
|
|
1,1 |
1,15 |
1,16 |
1,15 |
1,1 |
|
1 |
|
239
При принятом ранее условии h2 = 0,8D, с помощью таблицы 3
находится глубина потока в трубе: |
|
h2(р) = А· D, м. |
(20) |
Этот результат может не совпасть с ранее заданным значением h2.
Поэтому в реальных условиях пришлось бы снова задаться глубиной потока в трубе и заново произвести расчет. В работе необходимо отметить это
обстоятельство, но расчет не корректировать. |
|
Скорость потока в трубе находится по зависимости: |
|
ϑНП = ВϑП , м/с. |
(21) |
Если окажется ϑНП < 0,3 м/с, то следует указать, что в данном случае в условиях эксплуатации необходимо предусмотреть прочистку труб от заиления. При скорости дренажного потока ϑНП > 1 м/с следует указать, что в этих условиях необходимо для борьбы с размывом грунта или изменить уклон i (сделать меньше 0,001), или увеличить диаметр D. Все указанное потребует выполнения дополнительного расчета, но в работе ограничимся выполненным расчетом.
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 АВС и
АDС.
Конструктивно размеры накопительного колодца определяются видами осушаемых грунтов. Для галечниковых и крупнозернистых песков размеры накопительного колодца принимаются в плане площадью 4,0х4,0 м,
конструктивно высотой 2,2 м. Для всех остальных грунтов плановые размеры следует назначить 3,0х3,0 м, высоту принять 2,0 м.
Принимается условие, что в случае заполнения колодца водой на высоту 0,75 от конструктивной высоты включается насос для удаления накопительной воды в ливневую канализацию.