Проектирование мероприятий по обеспечению стабильности выемки. Проектирование и расчет дренажа

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, =0,36;

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

- максимальная молекулярная влагоемкость осушаемого грунта; %; =3,1 %;

-удельный вес сухого грунта, кН/м³;

-удельный вес воды, =10кН/м³;

- удельный вес частиц грунта, =26,93 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 двухсторонний дренаж.

Преимущества этого дренажа:

-  меньший объем земляных работ при устройстве прорезей;

-  более 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, =2,15 м;

l-величина возможного колебания уровня капиллярных вод, и глубины промерзания,l=0,2…0,3м;

-высота подъема капиллярной воды над кривой дипресии,

=0,51 м;

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 двухстороннего дренажа стрела изгиба

  ,                                                 (2.6)

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

 - средний уклон кривой депрессии, =0,04;

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

2.1.4 Определение расхода воды в дренаже

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

 ,                                    (2.7)

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

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

-c междренажной стороны дна зоны Г;

- с междренажного пространства зон Д и Е;

Расход воды с полевой стороны из зон А и Б

 ,                                     (2.8)

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

 - средний уклон кривой депрессии;

h₀ - расстояние от дна дренажа до верха трубы, 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, м;

Г_БП - отметка бровки земляного полотна, м;

К₀ - глубина кювета, м;

h – ширина траншеи, м.

H=64,5-(65-(2,162+0,6))= 2,262 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 = 62,238 - 60 = 2,238 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                                 

м³;

м³.

Расход воды из данной зоны Г, прилегающий к междренажному пространству