Практическая работа №2 осушение территории вертикальным дренажем

При глубоком залегании водоупора и значительной проницаемости грунтов (коэффициент фильтрации k>5 м/сут.) применяют вертикальные дренажи в виде ряда вертикальных дренажных скважин (рис.2.1), из которых производится откачка воды, что обеспечивает снижение уровня грунтовых вод.

Рис.2.1. Схема действия вертикального дренажа [3]

1 – водоносный горизонт; 2 – водоупор; 3 – депрессионная кривая; 4 – рабочая часть скважины - обсадные трубы, фильтр, отстойник.

Кольцевые вертикальные дренажи устраивают для защиты небольших территорий от подтопления безнапорными или напорными водами. Расчет кольцевого вертикального дренажа представляет собой сложную пространственную задачу и точного решения не имеет. Практически, задача кольцевого вертикального дренажа сводится к размещению по контуру осушаемой территории ряда дренажных скважин, к определению расхода всей системы дренажа и отдельных скважин и построению депрессионных кривых.

Наиболее сложным элементом конструкции вертикального дренажа является скважина, от ее работы зависит нормальное функционирование всей дренажной системы. Скважины вертикальных дренажей представляют собой погруженную в водоносную толщу вертикальную колонку, состоящую из глухих труб, фильтра и отстойника. Выбор конструкции зависит от гранулометрического состава и мощности водоносного слоя. Длина фильтра l_ф принимается равной мощности водоносного пласта, если она меньше 10 м и (0,7÷0,8) l_ф если более 10 м, но не превышая 25÷30 м. Длина отстойника в пределах от 0,5 до 2 м.

Конструкция фильтра подбирается в зависимости от породы грунта. В практике применяются следующие виды фильтров: дырчатые, щелистые, сетчатые и гравийные.

Дырчатые фильтры представляют собой трубы, перфорированные круглыми отверстиями. Их применяют в основном в гравелистых и крупнозернистых песках.

Щелистые фильтры представляют собой трубы с щелевидными отверстиями в виде целей трапецеидальной формы с расширением внутрь. Эти фильтры применяются при отборе воды из крупнозернистых песков.

Сетчатые фильтры (рис.2.2) состоят из стальных каркасов (перфо­рированных труб), стальной проволоки, намотанной спиралью или вдоль трубы, служащей опорой для сеток, и фильтровальной сетки (обычно медной), накладываемой поверх опорной проволоки на всю поверхность каркаса трубы. Сетчатые фильтры целесооб­разно применять в среднезернистых химически чистых песках.

Рис.2.2. Схема сетчатого фильтра

Фильтрующую часть труб целесообразно обсыпать защитным фильтрующим материалом. При дренировании в среднезернистых и мелкозернистых пес­ках наиболее надежными являются гравийные фильтры, которые надежно работают и в глинистых грунтах.

При осушении площадки при помощи кольцевого вертикального дренажа должны быть известны: план площадки, максимальный уровень грунтовых вод, отметка, до которой нужно его понизить, отметка залегания водоупора и коэффициент фильтрации грунта. На рис.2.3 представлена расчетная схема водопонижения площадки с помощью вертикальных дрен. При мощности грунтового потока Н, м, глубина понижения уровня грунтовых вод в центре площадки (точка О) будет S м, а ордината депрессионной кривой y_o=H-S, м.

Рис.2.3. Расчетная схема водопонижения с помощью вертикального дренажа.

Порядок расчета вертикального кольцевого дренажа

_{1. Определение радиуса действия дренажа.}

_{Радиус действия дренажа R, находится по формуле И.П.Кусакина:}

_{где r – радиус скважины.}

_{2. Определение глубины грунтовых вод в центре площадки.}

_{y0=H-S, м.}

3. Определение радиуса круга, равновеликого площади прямоугольника – территории осушаемой площадки (рис.2.4):

_{где F- площадь осушаемой площадки, м}²_.

Рис.2.4. Распределение вертикальных дрен по контуру площадки при n=8.

Определение расстояния от центра площадки.

_{4. Определение предварительного расхода кольцевого вертикального дренаж:}

5. Определение водозахватной способности вертикальной дренажной скважины.

где: - допустимая скорость фильтрации воды при выходе из грунта, определяемая по зависимости

, м/сут;

r - радиус скважины, в практической работе принимаем r=100 мм (0,1 м);

y – уровень воды в скважине.

6. Определение методом подбора количества вертикальных дренажных скважин n.

По рекомендациям М.Н.Грацианского [2] количество скважин определяется таким образом, чтобы выполнялись условия:

q_захвn>Q_прв и q_захв(n-2)<Q_прв;

или

;

где y_n и y_n-2 – предварительный средний необходимый уровень водопонижения для обеспечения требуемой глубины грунтовых вод в центре площадки при количестве скважин n и n-2.

_{Задаемся значением количества скважин n, находим yn и yn-2.}

_{Проверяем принятое число скважин подставляя пару (уn; n) в неравенство (*), а пару (уn-2; n-2) в неравенство (**).}

Распределяем скважины по контуру площадки, рис.2.4 (при n=8), рис.2.5 (при n=10).

5

Рис.2.5. Распределение скважин по контуру площадки при n=10. Определение расстояния от скважины №6.

7. Определение уточненного расхода.

Подсчитываем по плану участка расстояния от центра О до отдельных скважин (рис.2.4), затем определяем уточненный расход.

, м³/сут;

где х₁,х₂, ..., х_n - расстояния от центра О до отдельных скважин.

8. Определение уровней грунтовых вод по группам скважин находящихся в одинаковых условиях (рис.2.5.)

, м;

где х₁,х₂, ..., х_n - уточненные расстояния от скважины, для которой рассчитывается уровень грунтовых вод, до остальных скважин.

Аналогично подсчитываем уровни грунтовой воды по остальным группам скважин.

9. Проверка водозахватной способности скважин.

Водозахватная способность скважины должна соответствовать неравенству:

;

где равно среднему расходу скважины, n – принятое число скважин.

В табл.2.1 представить проектные значения понижения уровней в скважинах и в центре площадки.

Таблица 2.1

Проектные значения понижения уровней воды в скважинах, м

Точка	Скважины								Точка О
	1	2	…	…	…	…	…	8 (10)
Глубина воды, м

Если это понижение не достигнуто, то следует изменить число скважин и их расположение, что в практической работе делать не нужно.