Расчет глубины заложения дренажа

Глубина заложения двустороннего совершенного подкюветного дренажа определяется из условия обеспечения его нормального функционирования в зимний период при промерзании грунта до наибольшей расчетной глубины промерзания Z₁₀ (в м, приведена в задании) за 10-лет­ний период наблюдения за данным участком эксплуатируемой же­лезной дороги. В соответствии с обозначениями, показанными на рис. 3.12, глубину дренажа h (в м) отсчитываемую от дна кювета до дна прорези, определяют по формуле

где е — величина возможного колебания уровня капиллярных вод и глубины промерзания (обычно 0,24-0,25 м) а_кп — величина капиллярного подъема воды над кривой де­прессии, приведена в задании; f — стрела изгиба кривой депрессии в м; h₀ — расстояние по вертикали от верха трубы до дна дренажа (обычно 0,3-0,4 м); b — расстояние по вертикали от дна кювета до верха бал­ластной призмы (складывается из размеров: глубины кювета и полной толщины балластного слоя).

Рис. 3.12 Расчетная схема подкюветного двустороннего несовершенного дренажа: 1 — глинобетон; 2 - граница промерзания; 3 - граница зоны капиллярного поднятия; 4 — кровля водоупора.

Стрелу изгиба f определяют из уравнения

где m_o — расстояние от стенки траншеи до оси пути (рис. 3.12);

I_o — средний уклон кривой депрессии, принимаемый в соответствии с заданием.

Глубина заложения одностороннего несовер­шенного подкюветного дренажа определяется по той же формуле, но с учетом того, что отдельные величины, вхо­дящие в эту формулу, имеют новые значения. Все размеры в рассматриваемом случае откладывают по расчет­ной вертикали, проходящей через точку, отстоящую от дальнего конца шпалы по отношению к дренажу на расстоянии 0,25—0,5 м (рис. 3.13). Такой порядок измерения расчетных величин принят для предупреждения выпучивания грунта под дальним концом шпалы в период отрицательных температур.

 

Рис. 3.13 Расчетная схема одностороннего несовершенного дренажа: 1 — глинобетон; 2 — граница промерзания; 3 — граница зоны капиллярного поднятия

 

Стрелу изгиба находят приближенно из уравнения:

Расстояния m₁ и m₂ показаны на рис. 3.13. Значения остальных расчетных величин устанавливают в соответ­ствии с изложенными выше рекомендациями.

Глубина заложения несовершенного закюветного дренажа определяется также. Но в связи с выносом оси дренажа за пределы кювета величина b по­лучает новое значение, которое должно быть учтено.

3.3.3.3 Расчет расхода воды в дренаж (дебит дренажа)

Дебитом дренажа называется расход воды, поступающий в дренаж на 1 пог. м длины. Расход воды, поступающей в дренаж, определяют на основе общей зависимости, известной из гидравлики:

где v — скорость фильтрации воды, определяемая по закону Дарси ;

w —площадь живого сечения грунтового потока;

I - гидравлический градиент;

k — коэффициент фильтрации.

Практические формулы расчета, полученные теоретическим и экспериментальным путем для различных условий притока воды в дренаж, имеют индивидуальный характер для дренажа каждого типа.

Система двустороннего несовершенного дренажа среди дру­гих рассматриваемых видов дренажей является наиболее общим случаем определения расхода воды в дренаж.

В зависимости от месторасположения осушаемой части (зоны) грунта по отношению к траншее (боковая стенка, дно траншеи и т. д.) характер втекания и величина расхода воды изменяются. На рис. 3.12 показаны шесть возможных зон А, Б, В, Г, Д и Е.

Расход воды с полевой стороны из зон А и Б рассчитывают по формуле

(а)

где

H — бытовая толщина грунтового потока;

h₀ —расстояние от дренажа до верха трубы, показанное на рис. 3.12;

I₀ — средний уклон кривой депрессии;

k — коэффициент фильтрации.

Расход воды с полевой стороны дна дренажа (зона В) опреде­ляют по формуле проф. Р. Р. Чугаева

(б)

Значение q_r устанавливают в соответствии с графиком (рис. 3.14) по значениям a и b, предварительно найденным из уравнений:

(в)

(г)

В практике могут встретиться случаи расчета при различных значениях b и толщинах подстилающего водоносного пласта Т. Во всех случаях, прежде всего, устанавливают значения a и b по указанным формулам. В этих формулах длина проекции кривой депрессии на горизонталь

В ряде случаев может оказаться, что Т — толщина подстилающего водонос­ного пласта будет больше расчетного зна­чения:

где — коэффициент, принимаемый по табл. 3.19 в зависимости от a..

 

Т а б л и ц а 3.19

a	0,50	0,60	0,70	0,80	0,90	0,92	0,94	0,96	0,98	1,00
	0,33	0,43	0,52	0,65	0,80	0,85	0,90	0,97	1,09	1,32

 

После нахождения a, b и Т_р можно установить, какой конкретно случай рас­чета имеет место в заданных условиях проектирования. Практически могут иметь место следующие случаи.

1. Первый случай, когда и . При таких условиях расчет ведут по формулам (б), (в) и (г) с использованием графика, пока­занного на рис. 3.14.

Рис. 3.14 Графики для расчета расхода воды в дренаж

 

2. Второй случай, когда и . Сначала определяют некоторое промежуточное значение по графику (см. рис. 3.14), приняв и вычислив a по формуле:

После этого определяют b по формуле (г) и вычисляют иско­мое значение

3. Третий случай, когда , но . При этих условиях определяют также из графика (см. рис. 3.14), но при .

Расход воды из донной зоны Г (с половины ширины дна дрена­жа, прилегающей к междудренажному пространству) определяют по той же формуле Р. Р. Чугаева (б), но с учетом нового значе­ния бытовой глубины (рис. 3.12). В связи с этим име­ем

или

Боковой расход из междудренажного пространства (зоны Д и Е) определяют из выражения

Полный суммарный расход воды в дренаж рассматриваемого типа

При дренажах других типов расчет расхода воды в дренаж су­щественно упрощается. Так, для случая одиночного одностороннего несовершенного дренажа (см. рис. 3.13)

Для одностороннего совершенного дренажа (см. рис. 3.15)

Рис. 3.15 Расчетная схема одностороннего дренажа совершенного типа

 

Для двухстороннего совершенного дренажа (см. рис. 3.16)

Рис. 3.16 Расчетная схема двустороннего дренажа совершенного типа