Осушение котлована от подтопления грунтовыми водами

Введение

     В курсовой работе рассматривается  осушение котлована от подтопления грунтовыми водами. При расчете осушения котлована учитывается работа дренажной системы перед эксплуатационным построением сооружений на заданной площадке. Основание фундамента сооружения находится на уровне, не достигающим водоупора. Для обеспечения процесса осушения территории определяются величина расхода, по которой находится диаметр дренажных труб при принятом уклоне и скорость движения воды по дренажным трубам. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Назначение  трассы дренажной  системы и расчет величины ее заглубления  на начальном участке

     Плановые размеры основной площадки  определяются геометрическими расстояниями а=73 м и b=116 м.

     Для проектирования дренажной системы предусматривается дополнительный запас территории для организации транспортного сообщения вокруг строящихся объектов и прокладки дренажных труб за пределами транспортной системы.

     Ширина дорожной сети площадки принимается равной 6 метров. Прокладка дренажных труб принимаем на удалении наружной сети, равной 2 метра. На рисунке 1 представлена схема расчетной площадки с учетом указанных обстоятельств.

     С учетом принятых решений  длина дренажной сети по линии  АВ составляет  м, по линии ВС составляет м.

     Движение грунтовых вод по дренажной системе распадается на 2 участка: по линии АВ (1 участок) и по линии ВС (2 участок). Для организации движения дренажных вод в трубах по линии АВС намечается строительство этих труб с уклоном от точки А к точке В и к точке С. В точке А заглубление дренажной системы минимальное, в точке С- максимальное.

     Для определения заглубления  дренажных труб задаемся диаметром  труб. Так как основным грунтом  является супесь, то берем диаметр  труб равный 100 мм. Для надежной работы дренажной системы требуется выполнить обсыпку дренажных труб в виде обратных фильтров. Для труб, закладываемых в супесь необходима обсыпка в три слоя: 1 слой-  крупнозернистый песок, 2 слой- среднезернистый песок, 3 слой- мелкозернистый песок. Толщина каждого слоя 100 мм (рис. 2).

Рис. 2 Обсыпка  дренажных труб 

     Принимается заглубление верха  дренажного устройства на расстояние 0,5 м. от заглубления котлована  на величину d=2.8 м. С учетом всех вышеотмеченных обстоятельств на рисунке 3 представлено заглубление дренажной системы в точке А. 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 

Рис. 1 План дренажной системы

 
 
 

Рис. 3 Схема к расчету заглубления дренажной трубы в точке А 
 

     Отметка заглубления дренажной  системы в точке А определяется  по следующей формуле: 

                                (1)

где D- диаметр трубы, м;

       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 требуется прокладка  труб от точки «А» к точке  «С» с уклоном. Принимаем уклон  1:1000 (i=0,001).

     Для расчета приточности воды в дренажную сеть требуется определить расчетное заглубление дренажной системы в середине расстояния АВС (точка «Е»).

                                (2)                                      

     Для расчета величины расхода  дренажных труб намечается рассмотрение  схемы движения грунтовых вод  в точке «Е» (рис. 4).

     Приточность грунтовой воды к  дрене при неучете инфильтрации  определяется по формуле:

                      (3)

     Так как радиус влияния дрены (а+16)/2 со стороны котлована не большой, то величинами расходов q₃ и q₄ следует пренебречь. Значение коэффициента фильтрации k принимается в зависимости от вида грунта по таблице 1. Коэффициент n определяется в зависимости от соотношения R/T по таблице 2. Коэффициентом m=0.75 учитывается неприточность грунтовых вод к дрене.

                           Таблица 1

Значения  величин k, p, tg

 
 

Таблица  2

Значение  величины n

 
 

 

Рис. 4 Расчетная схема определения приточности воды к дрене 

     Радиус влияния дрены R при неучете инфильтрации находится по формуле: 
 

где выбирается по таблице № 1. 
 
 
 
 
 
 
 

3. Гидравлический  расчет дренажной сети

     Так как дренажная сеть вокруг  планируемого котлована рассматривается  по двум направлениям АВС и  ADC, то расчетной будем принимать АВС. С учетом этой длины расход дренажной системы составит: 

     Этот расход будет рассчитываться  на пропуск в трубопроводе  при неполном заполнении. Для  того, чтобы рассчитать действительные  параметры протекаемого расхода,  необходимо воспользоваться формулой  Шези для пропуска расхода  в трубопроводе для полного  его заполнения: 

где - площадь живого сечения; 

      С- коэффициент формулы Шези; 

где n- коэффициент шероховатости внутренней поверхности трубы (для асбестоцементных труб n=0,014).

      R- гидравлический радиус; 

где - смоченный периметр; 

где  D- диаметр трубы 
 
 
 
 
 
 

     Степень заполнения дренажной  трубы и скорость фильтрационного  потока в трубе определяются  с помощью коэффициента неполноты  расхода А: 

и коэффициент  неполноты скорости В: 

     Значения величин А и В в  зависимости от h/D приведены в таблице 3:

Таблица  3

Значение  коэффициентов А и В

 
 

     При значении А=0,028 с помощью интерполяции по таблице 3 определяем отношение h/D:

h/D=0.10225

     При принятом ранее условии  h₂=0.8D находится глубина потока в трубе: 
 

     Результат не совпадает с раннее  заданным значением h₂. Поэтому в реальных условиях задаемся новой глубиной потока в трубе и делаем перерасчет.

     Скорость потока в дренажной  трубе при полном заполнении  считается по формуле: 
 

     Скорость потока в трубе находится  по зависимости: 

В=0,3545 (интерполируя по таблице 3). 

     Скорость движения потока воды  в дренажных трубах должна  находиться в пределах 

4. Расчет емкости накопительного колодца

     Осушение заданной территории  осуществляется с помощью накопительного колодца, который располагается в точке С и к которому дренажные воды подаются по двум путям АВС и ADC.

     Для супеси размеры колодца  составляют 3,0*3,0*2,0. В случае заполнения  колодца на высоту 0,75 от конструктивной  высоты включается насос для  удаления накопительной воды  в ливневую канализацию. На  рисунке 5 представлен продольный профиль по линии АВС с расстановкой колодцев и залеганием накопительного колодца. На рисунке 6 представлены накопительный и смотровой колодцы.

 

Рис. 5 Продольный профиль по линии АВС

1. Насос для  откачки воды
2. Накопительный колодец
3. Лестница
4. Смотровой колодец

Рис. 6 Накопительный  и смотровой колодцы

     Объем накопленной в колодце  воды определяется следующим  образом: 

где e, f, m – ширина, длина и высота колодца, м. 

     Заполнение колодца на указанный объем будет происходить за счет поступления воды по дренажным системам АВС и ADC. Время, за которое будет происходить накопление определяется по формуле: 

     Множитель 2 в знаменателе указывает  на приточность с двух линий  АВС и ADC. 

     Для откачивания воды из колодца  используют погружные насосы. Время  осушения колодца следует принимать  в 4-5 раз меньше времени заполнения. 

5. Трубчатые дрены

     Для  приема дренажных вод в трубах  устраивают отверстия. Для асбестоцементных  труб отверстия устраивают в  виде пропилов в средней трети  трубы шириной 3-5 мм на расстоянии 50 см в шахматном порядке с  обеих сторон трубы (рис. 7). Асбестоцементные трубы соединяются между собой асбестоцементными муфтами, а зазор между ними заливают цементным раствором.