Расчёт глубины заложения дренажа как противопучинного устройства. Основные положения по расчёту горизонтального трубчатого дренажа.

Принципы проектирования земляного полотна на вечномёрзлых грунтах. Методика проектирования насыпей на низкотемпературных вечномёрзлых грунтах.

Два принципа проектирования:

1. На низкотемпературных вмг-х принцип I, предусматривающий, что грунты основания используются в мёрзлом состоянии, сохраняемом в процессе строительства и в течение всего периода эксплуатации земляного полотна.

2. На высокотемпературных вмг-х принцип II, предусматривающий, что грунты основания используются в оттаявшем состоянии.

Iпринцип обеспечивается следующими приёмами при проектировании:

- высота насыпи д.б. не менее 2 м и более.

- по опыту строительства БАМа там впервые сохранение мерзлоты способствует применение скального грунта.

IIпринцип может без ограничения применятся при проектировании земляного полотна на непросадочных и малопросадочных при оттаивании вмг-ов.

 

В случае летней отсыпки осадку за счёт уплотнения оттаивающих грунтов деятельного слоя следует учитывать в объёмах земляных работ, так как она происходит одновременно с отсыпкой насыпи и, в основном, завершается к окончанию строительства.

Если по условиям проектирования продольного профиля линии высота насыпей из дренирующих грунтов меньше оптимальной или больше 6 м, то с целью недопущения оттаивания вмг-ов в основании необходимо предусмотреть обсыпку откосов сортированной скальной породой с (размерами камней 0,2 - 0,4 м) толщиной не менее 0,6 – 0,8 м или устройство берм из скальной породы высотой 1,0 – 1,5 м и шириной 3,0 – 5,0, или возведение насыпей на полный профиль из скальной породы.

При проектировании насыпей с использованием скальной породы необходимо учитывать, что при выполнении работ в полном объёме зимой грунты основания в последующем сохраняются в мёрзлом состоянии. При летнем производстве работ осадку грунтов деятельного слоя необходимо учитывать в объёмах земляных работ.

Рекомендуется насыпи до 4 м отсыпать в зимнее время с запасом по высоте на величину осадки самоуплотнения грунта S_су , равную 10 %их высоты. У более высоких насыпей запас по высоте предусматривать равным 0,4 м, а остальную часть осадки самоуплотнения, равную (0,1Н-0,4) м, учитывать в размерах ширины основной площадки.

Расчёт осадки оттаивающих вечномёрзлых грунтов под насыпями. Проектирование поперечного профиля насыпи с учётом осадки грунтов основания.

Величина осадки насыпи, вызванной оттаиванием на определённую глубину мёрзлых грунтов в основании, определяется по формуле:

(2.1)

где δ_i – относительная осадка при оттаивании грунта i-го слоя; h_i – толщина i-го слоя грунта; n – кол. разнородных слоёв грунта в пределах прогнозируемой глубины протаивания.

 

Относительная осадка при оттаивании определённого вида вечномёрзлого грунта для конкретного участка трассы железной дороги должна определятся на основании инженерно-геологических исследований грунтов основания в пределах прогнозируемой глубины протаивания h_пр.

 

Проектирование поперечных профилей насыпи ведется отдельно для летней и зимней отсыпки. Срок сдачи линии в постоянную эксплуатацию – через 5 лет.

 

 

Требования по сохранению природной среды в районах вечной мерзлоты.

Строительство железных дорог в районах вечной мерзлоты без соблюдения требований по охране окружающей среды приводит к нарушению веками сложившегося равновесия во взаимодействии воздуха и поверхности вечномёрзлой толщи, которое солровождается такими нежелательными мерзлотными процессами: термокарст, солифлюкция, наледеобразование и др.

Назначая ширину просеки под железную дорогу, надо исходить только из условия размещения земляного полотна и водоотводных устройств.

Намечая притрассовые карьеры грунта, нельзя допускать размещения их в русловой части рек, так как это вызовет загрязнение воды и гибель рыбы. Необходимо предусамтривать рекультивацию земель после закрытия карьера; закладывать в смете соответ-е средства на рекультивацию.

На марях и льдистых вечномёрзлых грунтах у насыпей запрещается разработка резервов, а у выемок отсыпка кавальеров с нагорной стороны. Между водоотводными канавами и подошвой насыпи, а также под самой насыпью необходимо сохранять мохово-растительный покров. Отсыпать земляное полотно следует способом «с головы».

Устройство водоотводных канав должно предшествовать основным работам по сооружению земляного полотна. Это позволит исключить образование застоев воды в пределах полосы отвода и развитие термокарста.

Своевременное укрепление откосов насыпей из мелких пылеватых песков, супесей исключает эрозионные повреждения откосов, смыв грунта дождевыми водами и растекание его по прилегающей поверхности.

В проектах земляного полотна на участках трассы с наличием подземного льда должны быть указания о времени производства земляных работ (работы по возведению насыпей разрешается начинать только после того, как произойдёт промерзание грунтов деятельного слоя; до наступления положительных температур воздуха насыпь должна быть отсыпана на высоту не менее 1,2 м; и т.п.). Учатски с наличием подземных льдов выделяются в запретную зону и ограждаются спец. знаками. За запретной зоной устанавливается усиленное наблюдение в засушливое время года с целью предохранения растительного покрова от выгорания. Запрещается хозяйств-я деятельность в пределах запретной зоны как при постройке, так и в период эксплуатации железной дороги (разведение костров, возведение различных сооружений, выпас скота и т.п.).

Термокарстовые образования, появившиеся при эксплуатации, должны заполнятся торфом или заторфованным суглинком. Засыпка их дренирующими грунтами запрещается. Заполнению этими же грунтами подлежат все пониженные места с застоем воды, расположенные в зоне шириной 20 м от подошвы откосов насыпи.

Расчёт глубины заложения дренажа как противопучинного устройства. Основные положения по расчёту горизонтального трубчатого дренажа.

 

Глубина заложения двустороннего подкюветного дренажа несовершенного типа как противопучинного устройства определяется из условия понижения уровня грунтовой воды (ГГВ) по оси земляного полотна (расчетное сечение) ниже расчетной глубины сезонного промерзания Z₁₀ на величину запаса (е) и высоту капиллярного поднятия воды а_кп в соответствии со схемой (рис. 2.3) по формуле:

(2.1)

где Z₁₀ – расчетная глубина промерзания грунта, наибольшая за предшествующие 10 лет, м; е – запас, учитывающий возможные колебания уровня капиллярной воды и глубины промерзания в разные годы (е = 0,20¸0,25 м); а_кп – высота капиллярного поднятия воды над уровнем свободной, м (см. исходные данные); f – стрела подъема кривой депрессии, м; h_о – расстояние по вертикали от верха трубы до дна дренажной траншеи (h_о = 0,3¸0,4 м); в – расстояние по вертикали от дна кювета до верха балластной призмы, м.

Рис. 2.3. Расчетная схема двустороннего подкюветного дренажа

несовершенного типа на неэлектрифицированной линии

 

Стрела подъема кривой депрессии f определяется по формуле:

(2.2)

где m_о – расстояние от стенки дренажной траншеи до расчетного сечения (оси земляного полотна), м; I_o – средний уклон кривой депрессии.

Величина m₀ определяется с учетом категории железнодорожной линии:

– схема на рис. 2.3 и ширины основной площадки В. Величина b складывается из следующих составляющих: глубины кювета К_о = 0,6 м, высоты сливной призмы 0,15 м и толщины слоя существующего балласта h_б.с.

 

Глубина заложения одностороннего подкюветного (закюветного) дренажа несовершенного типа определяется также по формуле (2.1), но с учетом того, что все величины этой формулы откладываются в расчетном сечении, отстоящем от дальнего конца шпалы по отношению к дренажу на расстоянии 0,25–0,5 м (рис. 2.6). Это позволяет понизить уровень грунтовой воды (ГГВ) ниже границы сезонного промерзания под всей основной площадкой и исключает появление односторонних пучин.

Рис. 2.6. Расчетная схема одностороннего
закюветного дренажа несовершенного типа

 

Стрела подъемакривой депрессии f при одностороннем дренаже определяется в соответствии с рис. 2.6 по формуле:

(2.4)

Расстояния m₁ и m₂ определяются согласно рис. 2.6. Так для подкюветного одностороннего дренажа , а для закюветного одностороннего дренажа (рис. 2.6) . Во всех случаях . Кроме величины b, которая в случае закюветного дренажа определяется как сумма высоты сливной призмы 0,15 м и h_б.с.

После определения глубины заложения дренажа h уточняется его тип (совершенный или несовершенный). Для этого вычисляется толщина Т водоносного слоя ниже дна дренажа:

(2.5)

где О_ДД – отметка дна дренажа, м; О_ВУ – отметка поверхности водоупора, м.

Для подкюветного дренажа (рис. 2.3):

(2.6)

где О_БЗП – отметка бровки земляного полотна, м.

В случае закюветного дренажа (см. рис. 2.4 и 2.6) .

Если величина Т≥0,5 м, то такой дренаж будет несовершенного типа. Если же Т<0,5 м, то глубина его может увеличиться на эту же величину,
т. е. дно дренажа доводится до водоупора, и он проектируется совершенного типа. То же решение принимается, если Т получится отрицательным (принимается Т=0).

 

Основные положения:

 

1. Определяем глубину заложения и тип дренажа.

2. Определение срока осушения грунта дренажом:

Срок осушения зоны под основной площадкой зависит от длительности перехода поверхности грунтовой воды до устройства дренажа к ее стационарному положению после его устройства, характеризуемому кривой депрессии. Срок осушения зависит от его коэффициента фильтрации и количества дренажей.

Срок осушения tопределяется по формуле:

(2.5)

где К_ф - коэффициент фильтрации грунта, м/сут;

3. Определение расхода воды в дренаж:

В общем виде у двустороннего несовершенного дренажа можно выделить шесть зон (А, Б, В, Г, Д и Е), из которых вода будет поступать в дренаж (см. рис. 2.3), а у одностороннего несовершенного – зоны 2(А+Б) и 2В (рис. 2.6).

Погонный суммарный расход воды в двусторонний дренаж (в один из двух) определяется:

–при несовершенном типе

(2.16)

–при совершенном типе

(2.17)

Погонный суммарный расход воды в односторонний дренаж определяется:

–при несовершенном типе

(2.18)

–при совершенном типе

(2.19)

4. Определение потребного диаметра дренажной трубы:

Расход воды в конце дренажа Q_ДР складывается из транзитного расхода (если в данный дренаж вода поступает из другого дренажа) и расхода, собираемого на длине L проектируемого дренажа, т. е.

(2.20)

 

где Q_т – транзитный расход воды, поступающий из сопряженного дренажа, м³/с (если Q_тне задан, то принимают ); L – длина дренажа как водосбора (длина пучинного участка), м; m – коэффициент, учитывающий возможность постепенного загрязнения трубы, .

Диаметр дренажной трубы (дрены) определяется методом подбора.

 

Расчетный расход, который может пропустить труба, определяется по формуле:

(2.21)

где W_т – площадь сечения трубы, м²; V – скорость течения воды в трубе, м/с;