КОНСТРУКЦИИ КРЕПЛЕНИЙ ОТКОСОВ КАНАЛА С РАЗГРУЗОЧНЫМИ ТРУБЧАТЫМИ ДРЕНАЖАМИ

CHANNEL MOUNTING STRUCTURES WITH UNLOADING TUBULAR DRAINS

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследование конструкции креплений откосов канала с разгрузочными трубчатыми дренажами. Дано методика определения параметров  трубчатого дренажа обеспечивающий необходимой устойчивости плит крепления.

ABSTRACT

The article presents the results of a study of the design of the fastenings of the channel slopes with unloading tubular drains. A technique for determining the parameters of tubular drainage providing the necessary stability of the mounting plates is given.

Ключевые слова: канал, крепления откосов, облицовка канала, фильтрация, надежность, долговечность, трубчатый дренаж, устойчивость откосов, быстрая снижения уровня воды в канале.

Keywords: channel, slope fastenings, channel lining, filtration, reliability, durability, tubular drainage, slope stability, rapid reduction of water level in the channel.

Для предотвращения фильтрации воды из каналов и недопустимого подъема уровня грунтовых вод в приканальной зоны широкое применение находят облицовки различных конструкций.

В этой статье приведены результаты исследований, где  для снижения гидродинамического давления воды на крепления откосов применяются горизонтальные трубчатые дренажи, расположенные параллельно руслу у подошвы обоих откосов и имеющие через определенные расстояния выпуски в канал. Конструктивная схема размещения такого дренажа и выпусков в поперечном сечении канала приведена на рис. 1.

Расчеты притока воды в дренаж выполнялись путем моделирования по методу ЭГДА на электропроводной бумаге. Приток воды к дренам определялся по гидродинамической сетке, построенной по данным моделирования. Например, для приведенной на рис.2 модели, величина притока воды к дрене на единицу длины составила q_др = 17,5 м³/сут.

В процессе эксперимента изучался характер действия гидродинамического давления на крепления откоса, на основе чего определялось оптимальное расположение трубчатого дренажа. Результаты расчета приведены в табл. 1.

Прием воды осуществляется дренажными трубами. В качестве дренажных труб широко применяются керамические, пластмассовые, бетонные и железобетонные трубы, трубофильтры из пористого бетона и полимербетона. Для условий Центральной Азии рекомендуется использовать трубофильтры. Они могут одновременно выполнять функции как водосбросной и водопроводящей трубы, так и фильтра, поэтому в песчаных грунтах не требуется устройство дополнительной  рыхлой отсыпки.

Рисунок 1. Крепления канала с горизонтальным трубчатым дренажом:

а) план. б) разрез по I-I. 1-горизонтальный трубчатый дренаж; 2- бетонные крепления; 3-выпуски воды в канал.

Таблица 1.

Определение диаметра дренажных труб выполняется гидравлическим расчетом. Допустимая средняя скорость движения воды в трубах назначается из условия исключения заиления труб и размыва окружающего грунта. Согласно рекомендациям [1] наименьшая скорость движения в песчаных грунтах находится в пределах 0,3-0,35 м/с.

Рисунок 2.Схема фильтрационного потока при наличии трубчатого дренажа

Зная поступающий в дренаж приток воды Q, допустимую скорость движения воды в трубах ϑ_д  и задавшись степенью заполнения труб h/d, можно необходимый диаметр труб дренажа определить из формулы

 ,                                                                                 (1)

где:  – коэффициент, зависящий от степени заполнения h/d и определяемый согласно [1] по кривой 2 на рис. VI.23.

В трубофильтрах расход по длине будет переменным, т.е. увеличивающимся от нуля в начале трубопровода, (сечение х=0) до Q в конце трубапровода (сечение х=L). Определение диаметра труб в этом случае также производится по той же формуле, в которой Q принимается равным расходу в концевом сечении трубы. Считая, что поступление воды в трубопровод происходит по длине равномерно, требуемый уклон в произвольном сечении на расстоянии от начала трубы можно найти по формуле

 ,                                                                                 (2)

а средний уклон всего трубапровода длиной  L  по формуле

  ,                                                                             (3)

где:

S – площадь живого сечения потока;

R– гидравлический радиус;

C – коэффициент сопротивления.

Максимальный ожидаемый дебит горизонтального дренажа на 1 п.м. составляет 2,03х 10^-4 м²/с. Принимаем оптимальную скорость движения воды в трубе равной ϑ_д=0,5 м/с.  Считая, что степень ее наполнения равна 0,6, находим, что ей соответствует =0,64. Тогда в соответствии с формулой (1), принимая Q для L =100м, определим, что

 = 2.84

Принимаем диаметр водоотводящей трубы равным  d=300 мм=0,3 м.

Площадь живого сечения находим по формуле

 ,

И гидравлический радиус по формуле

 ,                                                                                 (4)

где:

– коэффициент, зависящий от степени заполнения h/d и определяемый согласно [1] по кривой 1 на рис. VI.23. При h/d=0,6, находим

 = 1,1;  тогда

 = 0,083 м, а коэффициент сопротивления по формуле

                                                                                (5)

Следует отметить, что коэффициент сопротивления С – величина размерная, [c²]= м/с². Поэтому при определения его гидравлический радиус необходимо подставлять в метрах.

С =  =38,81

где:

n – коэффициент шероховатости, принимаемый для трубофильтров равным 0,017.

Необходимый уклон  водоотводящей трубы согласно формуле(3) составит:

Для определения оптимальное расположение трубчатого дренажа обеспечивающий снижения напоров на облицовки до допустимых величин выполняем расчеты устойчивости плит креплений на опрокидывание и всплывание от гидродинамического давления, воздействующего на облицовку откосов при подъеме уровня грунтовых вод. Расчеты выполняется согласно нормативным документам[2]. Расчеты ведутся  при мгновенной сработке уровня воды в канале, т.е. когда Н=0. Величины  действующих гидродинамических давлений грунтовых вод берутся из таблицы 1 Результаты расчетов устойчивости плит откосов  и дна канала приведены в таблице 2.

Как видно из таблицы 2, что устойчивость плит крепления откосов на опрокидывания обеспечивается во всех рассмотренных случаях, а на всплывание тоже обеспечивается кроме одного случая (х=-1, у=-1).

А плиты, дна канала, имеющие толщину 0,2 м, и 0,25  не устойчивы на всплывание кроме одного случая (х=-1,у=-1,5). Для обеспечения устойчивости плит дна канала на всплывание необходимо увеличить толщину крепления.

Таким образом, предлагаемая конструкция крепления откосов канала позволяет исключит выпор плит избыточным гидродинамическим давлением при высоком стоянии грунтовых вод и резком сбросе воды в канале, обеспечить надежность и долговечность облицовки в период эксплуатации. Исключает фильтрационные потери из канала при любом стоянии уровня грунтовых вод.

Таблица 2.

Список литературы:

1. Рекомендации по проектированию и расчетам защитных сооружений и устройств от подтопления промышленных площадок грунтовыми водами. ВНИИ ВОДГЕО.-М.: 1979,328с.
2. Мелиоративные системы и сооружения: СП 81.13330.2012:- М.: Минрегион России, 2012. 138 с.
3. Файзиев Х., Жураев К.Т. Инженерные способы крепления откосов каналов и грунтовых плотин. Сб. научных трудов международной научно-технической конференции. Проблемы применения композитных полимерных материалов и арматуры в строительстве, в том числе сейсмических районов». 17-18 октября 2019г. С.19-20.