Узнай больше

Выберите список(-ки):

Выполним контрольные, курсовые, дипломные работы жд техникумов
 banerputeetz2

Регулирование подземного стока земляного полотна

Регулирование подземного стока

Регулирование подземного стока земляного полотна производится с целью повышения прочностных характеристик грунта или предотвращения морозного пучения. Регулирование подземного стока осуществляется с помощью дренажей, которые являются устройствами, предназначенными для снижения влажности грунтов и понижения уровня подземных вод или полного их перехвата с отводом в установленные места. Для того чтобы рассмотреть регулирование подземных вод вначале необходимо дать им характеристику.

Подземные воды бывают безнапорными и напорными, а по уровню расположения их подразделяют на верховодку, грунтовые воды и межпластовые.

Верховодка располагается в самом верхнем слое грунта в виде замкнутых линз, области ее питания и существования совпадают. Грунтовые воды находятся в верхнем слое, подстилаемым первым водонепроницаемым слоем грунта, имеют выдержанный горизонт, и области их питания и существования обычно не совпадают. Межпластовые воды находятся между двумя водонепроницаемыми слоями, и если они занимают весь пласт, то чаще являются напорными.

По законам движения вода в грунтах подразделяется на поровую, движение которой является ламинарным и подчиняется закону Дарси, трещинную с турбулентным движением согласно закону Шези и порово-трещинную, где происходит смешанное движение (закон Смерекера).

В грунтах вода может находиться как в жидком, так и в твердом (лед) и газообразном (пар) состоянии. В жидкой фазе воду подразделяют на свободную (гравитационную и капиллярную) и связанную (рыхлосвязанную и прочносвязанную) воду, молекулы которой, находясь в непосредственной близости от поверхности минеральных частиц, испытывают химические и физические силы связи с ними.

Гравитационная вода движется в порах и трещинах грунта под действием силы тяжести и напора, при наличии гидравлических уклонов стремится переместиться вниз. Такая вода может быть перехвачена и отведена в пониженные места. Капиллярная вода связана с гравитационной водой и по узким порам внутри грунта поднимается выше ее уровня на высоту, которая для среднезернистых песков составляет 0,15—0,35 метра, в мелкозернистых песках 0,35—1,0 метр, в супесях возрастает до 1,5 метра, в суглинках увеличивается до 3—4 метров, а в глинах и до 6 метров.

Уровень капиллярных вод следует за уровнем гравитационных вод, но в отдельных узких капиллярах за счет разности порового давления часть влаги может застревать и формировать слой капиллярно-подвешенной влаги, не связанной с основным уровнем грунтовых вод.

Связанная вода удерживается у минеральных частиц силами взаимодействия, для ее перемещения необходимо преодоление этих сил, поэтому для отвода такой воды из грунта недостаточно одного гидравлического уклона.

Прочное связанная вода размещается непосредственно у поверхности частиц и, находясь под давлением сил взаимодействия, качественно отличается от свободной воды: плотность ее существенно выше 1 т/м3, она имеет пониженную растворяющую способность, температура замерзания составляет —78 °С, может перемещаться лишь путем перехода в парообразное состояние.

Рыхлосвязанная вода является промежуточной между прочносвязанной и свободной водой, отличаясь от последней значительно меньшей подвижностью. Максимальное значение связанной воды называется максимальной молекулярной влагоемкостью.

Для земляного полотна опасность представляет как свободная гравитационная вода, особенно, если она напорная, так и связанная, которую трудно удалить, но при ее большом количестве происходит значительное снижение прочностных характеристик грунта.

По принципу действия дренажи подразделяют на:

  • гравитационные, обеспечивающие сбор воды и ее отведение под действием сил тяжести;
  • биологические, снижающие влажность грунтов за счет транспирации воды растениями;
  • вентиляционные, осушающие грунт за счет испарения влаги;
  • вакуум-дренажи, осушающие грунт с помощью вакуумных насосов;
  • электродренажи, основаны на фильтрации влаги под действием постоянного тока за счет электроосмотического воздействия;
  • термодренажи, принудительно удаляющие грунтовую воду при обжиге или нагреве грунта.

Наиболее часто из приведенных типов применяют биологические и гравитационные дренажи.

Биологические дренажи в виде травяного покрова могут удалять до 230—250 мм осадков в год, кустарники и деревья до 400—500 мм в год, эвкалипты — до 1400 мм в год. Испарение с поверхности травяного покрова в 2 раза превышает испарение с обнаженной поверхности почвы. В осушении с применением биологических дренажей важен правильный подбор растений и степень густоты их посадок. Так излишне густая растительность может приводить к снижению испарения влаги с поверхности почвы и создавать наоборот условия для повышенного ее увлажнения.

Гравитационные дренажи

Рассмотрим подробнее виды и конструкции гравитационных дренажей, имеющих наибольшую распространение и эффективность.

Гравитационные дренажи применяют в следующих основных случаях защиты земляного полотна:

  • на косогорах и в выемках в качестве перехватывающего дренажа с верховой стороны от земляного полотна (рис. 1);
  • в выемках и на нулевых местах для осушения зоны под основной площадкой (рис. 2);
  • в выемках для перехвата и отвода воды в откосных частях;
  • на выходе из выемок в качестве ограждающего дренажа.

Рис. 1. Перехватывающий дренаж: 1, 2 — выходной и входной оголовки водопропускной трубы; 3 — дренажные колодцы

Рис. 2. Дренаж для осушения зоны под основной площадкой: d — расстояние от оси пути устанавливается проектом в зависимости от местных условий; 1 — выход дренажа; 2— ось дренажа; 3 — смотровые колодцы

Гравитационные дренажи, как правило, бывают одиночными, или групповыми, а так же представлять из себя дренажную сеть. Такое понятие как одиночный дренаж вытекает из его названия, групповыми называется комплекс одиночных дренажей не связанных между собой, а комплекс одиночных дренажей, связанных между собой, — дренажной сетью. Трасса дренажа располагается таким образом, чтобы обеспечить необходимое осушение грунта, снижение уровня грунтовых вод или их перехват перед земляным полотном исходя из условия минимальных строительных и эксплуатационных затрат.

Причем перехватывающие дренажи на косогорах, как правило, располагают перпендикулярно потоку воды в откосных частях (рис. 3), ограждающие дренажи в выемках и на нулевых местах — параллельно оси пути, а на выходах из выемок — перпендикулярно оси пути (рис. 4).

Рис. 3. Схемы расположения откосных дренажей: а — нормально к оси пути; 6 — под углом к оси пути

Рис. 4. Ограждающий дренаж: 1 — дренаж; 2 — оголовок; 3 — движение грунтовых вод; 4 — смотровой колодец; Скв. — скважина

Гравитационные дренажи также классифицируются по направлению отвода воды и конструкции, смотри таблицу ниже.

Наиболее часто применяются горизонтальные дренажи. Горизонтальные траншейные дренажи без укладки труб применяют в случае если имеется необходимость осушить грунт на коротких участках (10—50 метров) при небольших притоках воды. Траншеи в этом случае заполняются крупнозернистым, гравелистым песком, гравием или щебнем, которые и служат дренами за счет наиболее высокой фильтрационной возможности, чем окружающие грунты основания.

Вода под воздействием гравитационных сил фильтруется из осушаемого грунта в траншею и далее по дну траншеи, имеющей продольный уклон, отводится в пониженное место на поверхность земли. Для защиты этих дрен от заиливания они при необходимости устраиваются в обойме из нетканого геотекстиля, а в верхней части траншеи для предотвращения попадания поверхностной воды устраивают замок из местного недренирующего грунта (рис. 5, а).

Рис. 5. Горизонтальный траншейный дренаж: а — без труб; б — трубчатый дренаж с геотекстилем вокруг траншеи; в — труб¬чатый дренаж с геотекстилем вокруг трубы: 1 — местный грунт; 2 — дренирующий грунт; 3 — геотекстиль; 4— щебень; 5— песок; 6— труба (d = 160 мм)

Среди горизонтальных дренажей наиболее распространены дренажи траншейного типа с дренами — трубами (рис. 5, б, в). Такие дренажи применяют для осушения зоны под основной площадкой выемок, перехвата и отвода воды с верховой стороны земляного полотна. При этом, если дно дренажа врезано в водоупор и поступление воды происходит из всего водоносного слоя, такой дренаж называется совершенным, а если не доходит до него и водоносный слой не полностью прорезается, то — несовершенным. В первом случае вода в дренаж поступает только через стенки траншеи, а во втором случае — и со дна траншеи.

Если глубина траншеи входит в зону сезонного промерзания оттаивания грунта, то такие дренажи называются дренажами мелкого заложения и работают они только в теплое время года. Как правило, дренажи мелкого заложения устраивают при осушении зоны основной площадки при отсутствии постоянного уровня грунтовых вод.

Траншеи заполняются дренирующим грунтом (гравий, гравелистый, крупный или средней крупности пески), благодаря чему грунтовая вода под воздействием гравитационных сил фильтруется из осушаемого грунта в траншею и далее собирается дренажной трубой, имеющей продольный уклон, и по ней отводится в пониженное место на поверхность земли. В качестве дрены применяют трубы круглого сечения диаметром 0,11—0,40 метра из пластика, керамики, асбоцемента.

В горизонтальных трубчатых дренажах выделяют водосборно-водоотводные участки дренажа, где происходит сбор воды из грунта и отвод ее далее, и транзитные участки, где производится только отвод воды. В пределах водосборно-водоотводной части дренажа должна быть обеспечена фильтрация воды в трубы, для чего в них делаются дренажные отверстия. В транзитной части дренажа, наоборот, принимаются меры против просачивания воды в грунт.

Дренажные водоприемные отверстия изготавливаются в верхней части контура трубы, по форме они круглые или щелевидные. Диаметр отверстий или ширина щели а так же их количество в сечении, шаг в продольном направлении устанавливается с таким расчетом, что бы минимальное их количество, площадь составляла не менее 5 % от площади поверхности труб.

Для защиты дренирующего грунта от заиливания он при необходимости устраивается в обойме из нетканого геотекстиля (см. рис. 5, б), а если есть опасность засорения труб через дренажные отверстия грунтом засыпки, то труба обертывается геотекстилем (см. рис. 5, в).

Ширина траншеи при глубине дренажа до 3,0 метра в зависимости от типа землеройной техники и крепежа стенок траншеи составляет от 0,5 метра до 1,0 метра, для более глубоких дренажей ширина траншеи увеличивается до 1,5 метра. Минимальные продольные уклоны трубы дренажа для исключения ее заиливания рекомендуется принимать 5 %, а в затрудненных случаях они могут быть уменьшены до 2—3 %о.

Для возможности периодических осмотров и очистки труб от засоров через каждые 50—100 метров трассы дренажа, а также в углах поворота плана и профиля устраивают смотровые колодцы, а для дренажей мелкого заложения — смотровые скважины. Стенки смотровых колодцев изготавливают из железобетона или композитных материалов, также применялись смотровые колодцы из бутового камня или в виде деревянных срубов.

Внутренний диаметр колодца при глубине до 3 метров может приниматься 0,7 метров, а для более глубоких — 1,0; 1,5 и 2,0 метра. Железобетонные колодцы устраивают из сборных колец высотой: 0,29; 0,59; 0,89 и 1,19 метра. Стенки колодца для возможности спуска в него должны иметь скобы, расстояния между которыми составляют 0,35—0,45 метра. В нижней части колодца укладывается плита днища, а сверху колодец закрывается крышкой. Пример железобетонного колодца приведен на рис. 6, а.

Рис. 6. Смотровые устройства: а — железобетонный смотровой колодец; б — смотровая скважина; 1 — канава; 2 — люк; 3 — бетонное основание; 4 — щебень; 5 — дренирующий грунт; 6 — геотекстиль; 7 — дренажная труба (d= 160 мм)

В колодце для создания отстойника уровень выходной дренажной трубы принимается на 0,5 метра выше уровня дна, а уровень входной трубы принимается на 0,1 —0,2 метра выше уровня выходной трубы. Отметка верха колодца принимается не менее 0,5 метра над поверхностью земли. Смотровые скважины для дренажей мелкого заложения устраивают из труб таких же, как и дренаж, только без отверстий. Конструкция смотровой скважины приведена на рис. 6, б. Трубы осматриваются непосредственно из колодцев или с помощью системы зеркал. Очистку труб при необходимости выполняют механически при протягивании ерша либо струей воздуха (или воды) под давлением.

Концевые участки дренажа, где он выходит на поверхность земли, оформляют в виде выпуска, из которого вода поступает в водоотводную канаву и отводится в сторону от земляного полотна. Выпуск, который называется оголовком дренажа, представляет собой подпорную стену (рис. 7).

Рис. 7. Выпуск дренажа: 1 — засев травой; 2 — местный грунт; 3, 5 — бетонные плиты; 4 — подпорная стена из монолитного бетона; 6— щебень; 7— дренажная труба; 8— утепляющая засыпка

В пределах выпуска (3—4 метра) для быстрого сброса воды и предотвращения образования обледенений в зимнее время уклоны дренажных труб принимают максимально большими (более 10 %о) величинами, а оголовок утепляется.

Трубчатые дренажи устраивают при максимальной глубине заложения до 6,0 метров, что обусловлено возможностями работы механизмов по устройству траншеи. При большей глубине (до 10—12 метров) используют дренажи-галереи, которые также прокладывают открытым способом с рытьем траншеи.

При этом верхний ярус траншеи разрабатывается под выемку до глубины, с которой землеройные механизмы достают до дна дренажа. Они имеют трубу (галерею), диаметром более 1,0 метра, в которой может передвигаться человек для осмотра, очистки и ремонта. По форме трубы могут быть круглые, прямоугольные, овальные.

Галереи используются для отвода грунтовой воды из нескольких горизонтов (рис. 8).

Рис. 8. Галерея: 1 — цементная подготовка; 2 — обделка галереи; 3 — уровень грунтовой воды до устройства галереи; 4 — кривая депрессии

Вода проникает в галерею через швы. Продольный уклон галереи принимают не менее 5 %о, а колодцы устраивают через 100—200 метров. В случае если требуется перехватить воду с большей глубины или нецелесообразно перерезать пласты траншеей, дренаж устраивают горным (закрытым) способом с проходкой штольни.

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Яндекс
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal

Также на эту тему Вы можете почитать

1 комментарий “Регулирование подземного стока земляного полотна”

Оставить комментарий

Место вашей рекламы