11Расчет дренажей
11.1 В процессе расчетов горизонтальных дренажей следует выделить два этапа:
1) Гидрогеологические расчеты, с помощью которых определяют дебит дрен и положение депрессионных поверхностей подземных вод на защищаемой территории.
2) Гидравлические расчеты, определяющие необходимую пропускную способность выбранных параметров дрен при допустимых скоростях течения в них воды и соответствующем наполнении.
Гидравлические расчеты дренажа традиционно выполняют методом подбора. В настоящее время решение этой задачи облегчается применением специальных графиков, которые, как правило, содержатся в методических рекомендациях поставщиков современных дренажных труб.
Гидрогеологические (фильтрационные) расчеты выполняют на основе специальных (расчетных) схем для отображения основных гидрогеологических характеристик площадки строительства и условий работы дрен.
11.2 При выборе расчетных схем учитывают конкретные условия площадки строительства:
систему дренажа и источники питания подземных вод;
тип дренажа (совершенный или несовершенный);
строение осушаемого массива (степень однородности пород по водопроницаемости) и фильтрационные свойства его слоев;
гидравлическое состояние водоносного пласта (напорные или безнапорные воды);
характеристику потока подземных вод (направление, мощность, уклоны).
Границы между отдельными слоями схематично представляют в виде горизонтальных плоскостей, проходящих через средние отметки контактирующих слоев. Наклонные плоскости на рассматриваемом участке заменяют горизонтальными, что допустимо при уклонах не больше 0,01 [15].
Гидравлическое состояние водоносного пласта определяет работу дренажных систем в условиях напорных или безнапорных вод [14]. В первом случае дренажи решают задачу снятия пьезометрического напора (полного или частичного) в водоносном пласте. Во втором случае с помощью дренажей осушают водоносный пласт.
11.3 Варианты расчетных схем:
однолинейная (одиночная) горизонтальная дрена (береговая, головная) с односторонним или двусторонним притоком грунтовых вод с вышележащей территории и/или со стороны водоема;
двухлинейный горизонтальный дренаж (сочетание береговой и головной дрен) с двухсторонним притоком грунтовых вод с вышележащей территории и со стороны водоема;
контурная горизонтальная система (кольцевой или прифундаментный дренажи) при питании подземных вод, поступающих преимущественно в пределах площади, лежащей вне дренируемого контура;
горизонтальные дрены, расположенные на площадке на условно равных расстояниях (систематический дренаж) и работающие обычно в условиях потока грунтовых (или сходных) вод при питании сверху и/или снизу;
фильтрующая постель в основании защищаемого объекта (пластовый дренаж) при поступлении подземных вод сбоку и/или снизу.
11.4 Расчет горизонтальных трубчатых и пластовых дренажных устройств, работающих в условиях установившегося режима фильтрации, безнапорных вод и однородной среды следует производить по приведенным ниже расчетным формулам.
Расчетный уровень грунтовых вод следует принимать на основе прогнозных значений многолетнего среднегодового уровня ГВ на площадке строительства [12].
При дренировании зданий местными системами в сочетании с пластовым расход, отводимый транзитным дренажом, определяется только по величине расхода трубчатых прифунтаментных дрен.
11.5 Для расчета дрен, работающих в напорных условиях, а также пластиковых дренажей необходимо воспользоваться дополнительной информацией, имеющейся в нормативно-справочных материалах [1, 5, 15, 17].
11.6 В формулах и приведенных ниже на рисунках расчетных схемах, приняты следующие обозначения:
Н – высота непониженного УГВ над водоупором, м;
h – глубина погружения дрены под непониженный УГВ, м;
Т – превышение несовершенной дрены над водоупором, м;
Нх – превышение пониженного УГВ над уровнем воды в несовершенной и совершенной дренах на расстоянии х от них, м;
hу – превышение пониженного УГВ относительно дрены в центре контурного дренажа, м;
Нmax – максимальная высота пониженного УГВ над водоупором в междудренном пространстве систематического дренажа, м;
hвыс – высота высачивания – разрыва между уровнем воды в дрене и на контакте дренажной обсыпки с грунтом, м;
R – радиус депрессии, м;
r0 – приведенный радиус контура, м;
rg – радиус дрены, м;
– половина расстояния между дренами систематического дренажа, м;
Q – расчетный расход, м3/сут;
Q0 – удельный расход, м3/сут на 1 пог.м;
W – интенсивность просачивания атмосферных осадков, м/сут.
11.7 Расчет производят исходя из гидрогеологических условий площадки строительства, фактического проектного положения дренажа, его системы (местная или общая) и типа (совершенный или несовершенный).
Коэффициент фильтрации К осушаемых грунтов при отсутствии опытных данных принимают на основе справочных материалов и с учетом местного опыта строительства. Последнее особенно важно, поскольку в справочных источниках приводятся не всегда совпадающие диапазоны значений коэффициентов фильтрации одного и того же грунта. Это объясняется особенностями исследуемых пород.
При неоднородном строении водовмещающей толщи средневзвешенное значение Kср рассчитывают по формуле
 , (1)
где K1 + K2 + … + Kn – коэффициент фильтрации отдельных осушаемых слоев грунта, м/сут; m1 + m2 + … + mn – мощность соответствующих слоев, м, которую принимают на основе исходных данных и расчетной схемы дренажа.
Область использования формулы (1) ограничивается соотношением коэффициента фильтрации различных слоев не больше 1: 20:
Kn : Kn+1 < 20 (2)
11.8 Интенсивность просачивания атмосферных осадков определяют с учетом характера грунта, количества выпадающих осадков и степени благоустройства участка застройки.
Для территории Санкт-Петербурга ориентировочные значения интенсивности просачивания, согласно [12], следует принимать для районов новой застройки 0,00129 м/сут, старой – 0,00246 м/сут.
11.9 Однолинейный и двухлинейный дренажи. Расходы дренажных вод и кривые депрессии однолинейных дренажей (местных и общих) рассчитывают по нижеприведенным формулам.
Для совершенных дренажей, расчетная схема которых представлена на рисунке 9, а удельный расход определяют по формуле (3) для двухстороннего притока подземных вод и по формуле (4) – для одностороннего притока:
 , (3)
 , (4)
где R – радиус депрессии дренажа, м, который рассчитывают по формуле (5) или определяют по рисунку 10:
 , (5)
Расход дренажных вод для дренажной линии общей длиной L определяют по формуле
Q = Q0 L , (6)
Рис. 9. Расчетные схемы однолинейного дренажа
а – совершенного типа; б – несовершенного типа
Депрессионную кривую строят, используя для расчетов ее ординат формулу
 , (7)
Удельный расход однолинейного дренажа (рис. 9, б) несовершенного типа определяют по формуле
 , (8)
rg = 0,5 b , (9)
где b – ширина траншеи дренажа, м.
В случаях, когда:
Т‹πrg величиной логарифма в формуле (8) можно пренебречь;
водоупор находится на большой глубине, величину Т можно принять равной разнице отметки лотка трубы и отметки низа песчано-щебеночной отсыпки в подошве фундамента или свайного ростверка [6].
Радиус депрессии R рассчитывают по формуле (5) или определяют по графику рис. 10. Кривую депрессии вычисляют по формуле
 , (10)
Рис. 10. График определения радиусов депрессии линейных дрен
Расход дренажных вод для дренажной линии общей длиной L рассчитывают по формуле (6).
Расчет двухлинейных дрен выполняют с учетом двух независимых зон фильтрации: внешней – со стороны притока подземных вод с вышележащей территории и внутренней – со стороны берега. Соответственно используют формулы для определения расходов однолинейных дрен – головной и береговой.
Расчет положения сниженного уровня в междудренном пространстве выполняют по формулам, используемым для определения положения такого же уровня в систематическом дренаже. При этом вместо величины, равной половине расстояния между соседними систематическими дренами, для двухлинейных систем принимают величину, равную половине расстояния между головной и береговой дренами.
11.10 Контурные системы дренажа. Расход дренажных вод для контурных систем дренажа (кольцевого, прифундаментного) совершенного типа, расчетная схема которых показана на рис. 11, а, определяют по формуле
 , (11)
В том случае, когда r0 больше R, знаменатель формулы (11) можно принять равным единице.
Приведенный радиус r0 определяют по формуле
 (12)
а радиус депрессии R – из уравнения
 , (13)
где F – площадь, ограниченная контуром, м2.
Рис. 11. Расчетные схемы контурного (кольцевого, пристенного) дренажа:
а – совершенного типа; б – несовершенного
Уровень воды внутри контура приблизительно равен уровню воды в дрене, вне контура
  . (14)
При х меньше r0 отношение х / r0 в формулах (14,16) можно принять равным единице.
Расход дренажных вод для контурного дренажа несовершенного типа (рис. 11, б) определяют по формуле
 , (15)
где rg – рассчитывают по формуле (9); r0 – по (12); R – из уравнения (13) или по графику (рис. 12); φ = φ1 – φ2, значения φ1 и φ2 определяют по графику (рис. 13 а, б).
Рис. 12. График определения радиуса депрессии контурных и пластовых дрен
Рис. 13. Графики определения расчетных функций: а – 1; б – 2; в – F
Депрессионную кривую вне контура рассчитывают по формуле (16), внутри контура (в центре) – по (18):
 , (16)
 , (17)
 , (18)
где F находят по графику (рис. 13, в).
11.11 Систематический дренаж. Расход дренажных вод систематического дренажа совершенного типа (рис. 14, а) рассчитывают по формуле
 , (19)
где L – длина дрены, м; – половина расстояния между дренами, м;
 , (20)
Расход дренажных вод систематического дренажа несовершенного типа (рис. 14, б) рассчитывают по выражению (19), определяя расстояние между дренами по формуле
 , (21)
где  (22)
Рис. 14. Расчетные схемы систематического дренажа:
а – совершенного типа; б – несовершенного
Для определения величины максимального понижения уровня воды в междудренном пространстве используют уравнения, полученные на основе формул (20), (21).Для упрощения расчетов можно воспользоваться графической методикой подбора расчетных параметров [18], учитывающей наклон депрессионной кривой в зависимости от характера осушаемых грунтов.
11.13 Пластовый дренаж. Расход пластового площадного дренажа совершенного типа (рис. 15, а) рассчитывают по формуле (11), депрессионную кривую – по (14). Расход пластового площадного дренажа несовершенного типа (см. рис. 15, б) при соотношении  рассчитывают по формуле
 , (23)
где fпл.др находят по графику (рис. 16); R, r0– по формулам (13) и (12).
Рис. 15. Расчетные схемы пластового дренажа:
а – совершенного типа; б – несовершенного
Рис. 16. График определения величины гидравлического сопротивления
пластового дренажа
Если соотношение  , расход площадного дренажа определяют по формуле
 , (24)
Депрессионную кривую рассчитывают по формуле
 . (25)
При  в формулу (25) следует ввести поправку на величину высачивания:
 , (26)
где h0 – слой воды в пластовом дренаже, м; S0 – понижение УГВ в дренаже (расстояние от непониженного УГВ до уровня воды в пластовом дренаже, см. рис. 15), м.
Расход линейного пластового дренажа рассчитывают по формулам (3), (4), (8), соответственно для совершенных и несовершенных дрен. При этом радиус влияния R определяют из выражения
 , (27)
где S – величина понижения УГВ, м.
|
