Конструкции осушительных систем

 

Основными элементам как для регулирующей, так и для крупной проводящей осушительных систем являются открытые каналы. Конструкция каналов и форма их поперечного сечения долж­ны обеспечивать наибольшую устойчивость и максимальную про­пускную способность. Форма поперечного сечения осушительных каналов может быть трапецеидальной или параболической (рис. 2.20).

Рис. 2.20 - Поперечное сечение осушительных каналов:

а - трапецеидальной формы; б - параболической формы

 

Для большинства осушительных каналов принимают более простую и удобную в строительстве и эксплуатации трапецеидальную форму поперечного сечения. Для обеспечения устойчивости каналов их откосы должны быть не круче угла естественного откоса грунта в насыщенном водой состоянии и при естественном сцеплении его частиц. Если запроектировать более крутые откосы, то при насыщении грунта водой может наблюдаться их оплыва­ние в зоне выхода фильтрационного потока или даже оползни. Допустимые значения коэффициентов заложения откосов т осушительных каналов (опре­деляемые как отношение горизонтального, основания откоса а к глубине канала Т)для различных грунтов приведены в табл.2.3.

Однако канал трапецеидальной формы имеет неодинаковую устойчивость по глубине - в верхней его части, где грунты более сухие, откосы могут быть более крутыми, а в нижней части ка­нала, особенно в зоне выхода грунтовых вод, устойчивость отко­сов резко понижается.

Таблица 2.3 - Допустимые коэффициенты заложения откосов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наименование грунта по трассе канала	Коэффициенты заложения откосов при строительной глубине канала
до 1,5 м	1,5...2,0 м	более 2,0 м
Глина, суглинки тяже­лые и средние; торф со степенью' разло­жения до 50 %	1,0	1,5	2,0
Суглинок легкий и су­песь, песок крупно-и среднезернистый, торф со степенью разложения от 50 до 70%	1,5	2,0	2.5
Песок мелкозернистый, торф со степенью разложения более 70%	2,0	2,0	2,5

 

Более равноустойчивому поперечному сечению соответствует параболическая форма, при которой коэффициент заложения от­косов m увеличивается по глубине и тем больший, чем больше параметр параболы р.

Необходимое значение параметра квадратической параболы р определяют из уравнения

(2.31)

и принимают по табл. 2.4.

 

Таблица 2.4 - Допустимые значения параметра (P) параболы для устойчивых сечений

Наименование грунтов	Параметр параболы р при расчетной глубине бытовых вод
до 0,5 м	0,5... 1,0 м
Торфяные грунты при сте­пени разложения более 50%	2,5...4,0	4,5...8,0
Супеси и крупнозернистые пески Мелкозернистые пески	2,5...4,0   6,0...9,0	4,5...8,0   12,0...18,0
Иловатые аллювиальные су­глинки	4,0...6,0	8,0...12,0

 

Ширина канала параболического сечения

(2.32)

а фактическое заложение откосов m на любой глубине

(2.33)

где m _доп - допустимый для рассматриваемых грунтов коэффициент заложения откосов; h _быт - глубина воды в канале при бытовых, или меженных, расходах, м;

b - ширина сечения кана­ла на глубине h, считая от дна, м.

 

Поперечное сечение параболической формы принимают для больших осушительных каналов (при b > 5 м) и водоприемников, проходящих в слабоустойчивых грунтах.

Основные виды деформаций осушительных каналов: 1) опол­зание и обрушение откосов в зоне выклинивания фильтрационно­го потока; 2) размыв откосов паводковыми водами и стекающими атмосферными осадками; 3) подмыв нижней части откосов пото­ками воды в канале и последующее обрушение грунта; 4) размыв дна каналов на участках со значительными уклонами и отложе­ние взвешенных наносов на нижерасположенных участках; 5) за­растание дна и откосов каналов. В торфяных грунтах основным видом деформаций является уменьшение глубины каналов, свя­занное с осадкой торфа.

Деформаций русел - оползание и обрушение откосов часто наблюда­ется в каналах, проходящих в слоистых грунтах, при резком по­нижении в них уровней воды, что особенно характерно для под­водящих каналов к польдерным насосным станциям и для кана­лов осушительно-увлажнительных систем. При быстром снижении уровней воды в каналах на их откосы резко усиливается давле­ние грунтовых вод (ведь уровни грунтовых вод понижаются гораздо медленнее, чем уровни воды в каналах). В слабоустойчи­вых грунтах в зоне выхода фильтрационного потока для недопущения выпора грунта у подошвы отко­сов каналы оборудуют плетневые или дощатые стенки, укладывают на дно каналов пористые железобетонные лотки (рис.2.21).

Кроме того, такие крепления формируют русла при меженных расходах, не допуская размыва подошвы откосов в песчаных и илистых грунтах. Высота упорных стенок должна превышать бытовой уро­вень воды на 20...30 см. Эффективным мероприятием по пре­дупреждению обрушения откосов является устройство за бровкой канала разгрузочных дрен, перехватывающих фильтрационный поток и снижающих уровень грунтовых вод (рис.2.22).

Резкие понижения уровней воды в каналах и такие же де­формации могут наблюдаться в процессе строительства каналов. Во избежание этого отрывку осушительных каналов в слабоустой­чивых грунтах следует выполнять в несколько этапов.

Размыв откосов и дна каналов наблюдается в основном при прохождении по ним максимальных расходов, при которых ско­рости течения воды наибольшие. В песчаных и илистых грунтах подошвы откосов могут размываться и при бытовых расходах.

 

Рис. 2.21 - Крепление канала плетнем с отсып­кой щебнем по дну:

а - сечение I-I; б - план; 1 - колья d - 5...10 см, длиной 80...100 см;

2 - плетневая стенка высотой 30...50 см; 3 - дрен; 4 - отсыпка щебнем слоем 10 см

 

Рис. 2.22 - Схема работы разгрузочной дрены:

1 – разгрузочная дрена; 2 – откос канала; 3- депрессионная кривая до устройства разгрузочной дрены; 4 - депрессионная кривая при наличии разгрузочной дрены; 5- уровень воды в канале

 

Для предотвращения размыва осушительных каналов необходимо, чтобы средние по живому сечению скорости течения воды в них v не превышали максимально допустимых скоростей на размыв v _{mах разм}. В земляных незакрепленных руслах максимально допустимые скорости движения воды (при гидравлическом радиусе потока R= 1м) следующие:

- для илов - 0,15...0,30 м/с;

- для песков - 0,4...0,9 м/с;

- для глин - 0,9...1,2 м/с;

- для торфов - хорошо разложившихся - 0,5...0,7 м/с;

- среднеразложившихся - 0,7...1,1 м/с;

- слаборазложившихся - 1,1...1,4 м/с.

При гидравлическом радиусе потока R, не равном 1 м, рас­четную допустимую скорость определяют по зависимости

(2.34)

Проверку максимальных допустимых скоростей течения воды v _{mах разм}. (решается гидравлическим расчетом) выполняют при максимальных паводковых расходах, а на поймах - при движе­нии воды в русле полным сечением.

Основная мера предупреждения размыва осушительных кана­лов при проектировании - придание им таких уклонов, при ко­торых бы скорости течения воды в них не превышали максималь­но допустимых на размыв Максимально допустимые ук­лоны дна каналов определяют по формуле Шези

i_max= (2.35)

где С - скоростной коэффициент при максимальном расходе; R - гидравлический радиус, м.

При уменьшении уклонов осушительных каналов на участках с большими уклонами поверхности земли необходимо устройство сопрягающих сооружений (перепадов или быстротоков).

Другая мера предотвращения размыва каналов - крепление их откосов и дна. Выбор того или иного инженерного решения обосновывается технико-экономическими расчетами.

Крепление откосов осушительных каналов выполняют с по­мощью залужения (посевом многолетних трав), одерновки, ка­менной отмостки, наброски в плетневые клетки, пористых желе­зобетонных плит и др. Дно каналов покрывают щебнем или гра­вием. Допустимые неразмывающие скорости для закрепленных ру­сел следующие: для железобетонных плит - 10...15 м/с; для каменной наброски в плетневых клетках - 3...4 м/с; для камен­ного мощения - 2,5...3,5; при одерновке и залужении откосов - 1,0...1,5 м/с.

Выбор типа крепления каналовзависит от режима и скоростей течения воды, а также наличия материалов. Залужением и одерновкой крепят откосы каналов периодического наполнения, в которых максимальные скорости незначительно превышают до­пустимые. При залужении в последние годы начали применять гидросеялки, из которых под давлением подается на откос смесь семян трав, удобрений и растительного грунта. Практика сви­детельствует о высокой эффективности такого способа залуже­ния.

Каменную отместку или наброску в плетневых клетках при­меняют для крепления глубоких каналов, проходящих в слабо­устойчивых грунтах.

Крепление каналов железобетонными плитами используют на участках с большими уклонами, на поворотах каналов, около гидротехнических сооружений, при прохождении каналов через населенные пункты. Под плитами устраивают фильтр из песка, щебня или других материалов, что улучшает дренирование от­косов и разгружает фильтрационное давление. Покрытие откосов каналов предохраняет их от выветривания и смыва грунта ат­мосферными осадками.

Распространенными видами деформаций русел являются так­же их заиление и зарастание. Заиление проявляется в том, что илистые, глинистые, песчаные грунты и аморфный торф откла­дываются на участках, где скорости потока весьма малы. При этом уменьшаются глубина и осушительное действие каналов.

Для недопущения заиления каналов необходимо, чтобы ми­нимальные скорости течения воды в них (при бытовых или среднелетних расходах) были не менее 0,2 м/с. Во избежание за­иления каналов предусматривают также мероприятия по борьбе с водной и ветровой эрозией на осушаемых землях.

При скоростях течения воды менее 0,3...0,4 м/с наблюдается зарастание каналов. При зарастании значительно увеличивается шероховатость русел, а значит, уменьшается их пропускная спо­собность и повышаются горизонты воды. В осушительных кана­лах при незначительных среднелетних (бытовых) расходах редко удается создавать скорости течения воды, при которых не будет происходить зарастания. Поэтому основная мера борьбы с зара­станием - удаление растительности путем выкашивания.

В торфяных грунтах основной вид деформаций - осадка торфа, при которой уменьшается глубина каналов и может проис­ходить обрушение откосов. При проектировании трасс осушитель­ных каналов и их строительной глубины следует составлять прог­ноз изменения поверхности осушаемого болота.

Устойчивость русел каналов обратно пропорциональна их глу­бине. Поэтому следует по возможности проектировать каналы меньшей глубины.