Проектирование мероприятий по обеспечению ста­бильности выемки

2 Проектирование мероприятий по обеспечению ста­бильности выемки

2.1 Проектирование и расчет дренажа

Проектируемый дренаж в выемке предназначен для перехвата или пони­жения уровня грунтовых вод ниже глубины промерзания в зоне основной площадки, снижения влажности грунтов и обеспечения стабильности земляного полотна. Снижение влажности грунтов существенно повышает их прочностные характеристики, такие, как удельное сцепление и коэффици­ент тре­ния, и способствует устранению пучинных деформаций.

При проектировании и расчете дренажа и его элементов производят:

1) оценку технической эффективности устройства дренажа;

2) выбор типа дренажа и места его заложения;

3) расчет глубины заложения дренажа, сроков осушения и уточнение его типа;

4) проектирование трассы и продольного профиля дренажа;

5) расчет расхода воды в дренаж;

6) гидравлический расчет дренажа;

7) проектирование основных элементов траншеи и смотровых колодцев.

2.1.1 Оценка технической эффективности дренажа

Эффективность устройства дренажа оценивается коэффициентом водоотдачи, величиной снижения весовой влажности и сроков осушения грунтов. Коэффициент водоотдачи определяется по формулам:

 ,                                                   (2.1)

 ,                                        (2.2)

 ,                                                (2.3)

 ,                                                 (2.4)

где   - объем пор, выраженный в долях объема грунта, из которых 

        вытечет вода при осушении;

  - пористость под основной площадкой, =0,37;

        - количество капиллярно застрявшей воды в долях от ; =0,1.

        - максимальная молекулярная влагоемкость осушаемого

                грунта; %; =0,005 %;

         -удельный вес сухого грунта, кН/м³;

         -удельный вес воды, =10кН/м³;

         - удельный вес частиц грунта, =26,3 кН/м³;

         - коэффициент пористости.

Подставляем значения и получим:

   Так как полученный коэффициент водоотдачи  > 0,2, то дренаж считается по данному показателю эффективным.

2.1.2 Выбор типа дренажа и места его заложения

     Тип дренажа и место его заложения выбирают на основе анализа данных геологического, гидрологического обследований, назначаемых сроков осу­шения, экономических соображений и других данных технико-экономиче­ского характера.

    Чаще всего в выемках значительного протяжения для перехвата или пони­жения уровня грунтовых вод в зоне основной площадки обычно применя­ются горизонтальные дренажи траншейного типа, так как глубина их редко превышает 2,5…3,5м. При длине дренажа более 50 м по дну его укладыва­ются трубы, при глубине дренажа свыше 1,0…1,5м его делают закрытым. Для осушения основной площадки устраиваем подкюветный двусторонний дренаж.

    Преимущества этого дренажа:

-  меньший объем земляных работ при устройстве прорезей;

-  белее эффективнее, в меньшие сроки происходит осушение.

    Недостатки:

-  более сложное и дорогое устройство смотровых колодцев;

-  больше затрат средств на борьбу с инфильтрацией поверхностных вод из кювета в дренаж;

-  более высокие эксплуатационные затраты на очистку и ремонт труб.

2.1.3 Расчет глубины заложения дренажа

    Чаще всего в выемках значительного протяжения для перехвата или пони­жения уровня величин принятого для предупреждения выпучивания грунта под данным концом шпалы (расчетная схема приведена на рисунке   ).

    Глубина заложения несовершенного дренажа, отсчитываемая от дна кю­вета до дна траншеи, определяется по формуле:

 ,                                                (2,5)

где z₁₀-расчетная (за 10-летний период наибольшая) глубина сезонного

             промерзания, =1,62 м;

      е-величина возможного колебания уровня капиллярных вод, и

         глубины промерзания,l=0,2…0,3м;

     -высота подъема капиллярной воды над кривой дипресии,

             =0,82м;

f- стрела изгиба кривой дипресии, м;

      -расстояние по вертикали от верха трубы до дна дренажа, м

             =0,4м.

b - расстояние по вертикали от дна кювета до верха балластной

           призмы b=1,25м;

   Для двустороннего дренажа стрела изгиба

,                                               (2.6)

где     - расстояние от стенки траншеи до расчетной вертикали, м;

 - средний уклон кривой депрессии, =0,03;

Ширина траншеи дренажа 2d при механизированном способе производ­ства работ принимается  1,0 м.

2.1.4 Определение расхода воды в дренаже

    Для двустороннего несовершенного дренажа расход воды на 1м его длины определяется по формуле

 ,                                       (2.7)

где - расходы воды соответственно с полевой стороны из зон А и Б;

        - с полевой стороны дна из зоны В м³/с;

       - с междренажной стороны дна зоны Г;

       - с междренажного пространства зон Д и Е м³/с;

Расход воды с полевой стороны из зон А и Б

 ,                                        (2,8)

где   К - коэффициент фильтрации осушаемого грунта, м/с;

         - средний уклон кривой депрессии 0,03;

        h₀ - расстояние от дна дренажа до верха трубы, 0,4 м.

        Н - бытовая толщина грунтового потока, определяемая как разность отметки горизонта, грунтовой воды до понижения уровня и отметки дна дренажа, м;

H=Г_ГВ - (Г_Б- (h+к₀)),                                         (2.9)

где  Г_ГВ - отметка грунтовых вод,75 м;

        Г_{Б П} - отметка бровки земляного полотна,76,2 м;

        К₀ - глубина кювета,0,6 м;

         h – ширина траншеи,3,0 м.

H=75-(76,2-(3,0+0,6))= 1,2 м

Расход воды с полевой стороны дна дренажа (зона В) определяется по формуле

 ,                            (2.10)

Значение  находится по графику по значениям  и, предварительно най­денных из уравнений

 ,                                               (2.11)

 ,                                                    (2.12)

где  Т- толщина подстилающего водоносного пласта, м;

       - длина проекции кривой депрессии на горизонталь, м;

Т=Г_Д- Г_{ВУ ,}                                                                       (2.13)

где  Г_ВУ - отметка водоупора, м.

Т =73,8 – 71,0 = 2,8 м;

 ,                                        (2.14)

м;

Тогда значения  и 

 ;

.    

   Иногда может оказаться, что толщина Т подстилающего водоносного пласта будет больше расчетного значения

 ,                                                (2.15)

где - коэффициент, зависящий от .

При ; , тогда:

м;

Так как  и Т<Т_Р.  При таких условиях  определяется из уравнения

 ,                                                 (2.16)

По графику зависимости  получаем

 ,                               (2.17)

тогда                                 

;                                  (2.18)

;                                                        (2.19)

м³;

м³.

Тогда полный расход

м³.

2.1.5 Гидравлический расчет дренажа

2.1.5.1 Подбор дренирующего заполнителя

    Правильный подбор дренирующего заполнителя обеспечивает долгий срок службы дренажа и снижает эксплуатационные расходы на его содер­жание. Расчеты дренирующего заполнителя и отверстий в трубах сводится к определению основных характеристик дренирующей обсыпки и щелей или отверстий в дренажных трубах.