2.1 Расчёт глубины заложения дренажа

Глубина заложения двустороннего несовершенного подкюветного дренажа h , м, - (рис. 2.1) расстояние от дна кювета до дна дренажной прорези, определяется по формуле

(2.1)

Рис. 2.1

где	z	–	глубина примерзания грунта от верха балластной призмы, м;
	е	–	величина возможного колебания уровня капиллярных вод и глубины промерзания (обычно е=0,2-0,25 м);
	акп	–	величина капиллярного подъема воды над кривой депрессии, равная для песчаных грунтов 0,3-0,4 м, для глин – 0,5-0,8 м;
	f	–	стрела изгиба кривой депрессии, м;
	h0	–	расстояние по вертикали от верха трубы до дна дренажа (обычно h0 = 0,3-0,4 м);
	b	–	расстояние по вертикали от дна кювета до верха балластной призмы (b складывается из размеров глубины кювета 0,6 м, высоты сливной призмы земляного полотна 0,15-0,20 м и полной толщины балластного слоя 0,5-0,7 м).

Стрела изгиба кривой депрессии, f , м, определяется по формуле

(2.2)

где m₀ – расстояние от стенки траншеи до оси пути, м;

I₀ – средний уклон кривой депрессии.

Тип дренажа (совершенный или несовершенный) определяется из условия: если относительная отметка дна дренажа больше отметки водоупора, то дренаж несовершенный, а если меньше или равна, то дренаж совершенный. Относительная отметка дна дренажа,ДД , м, определяется по формуле:

для подкюветного

, (2.3)

для закюветного

, (2.4)

где БЗП – величина относительной отметки бровки земляного полотна, м;

h – глубина заложения дренажа, м;

К₀ – глубина кювета (К₀ = 0,6 м);

d – расстояние от оси дренажа до стенки (d = 0,3 м).

Глубина заложения несовершенного закюветного дренажа определяется по формуле (2.1), но в связи с выносом оси дренажа за пределы кювета величина b получает новое значение, которое должно быть учтено.

Глубина заложения одностороннего несовершенного закюветного (рис.2.2) или подкюветного дренажа определяется аналогично, но с учетом того, что отдельные величины, входящие в эту формулу, имеют новые значения.

Все размеры в данном случае откладывают по расчетной вертикали, проходящей через точку, отстоящую от дальнего конца шпалы по отношению к дренажу на расстоянии 0,25-0,5 м. Такое изменение расчетных величин принято для предупреждения выпучивания грунта под дальним концом шпалы.

Стрелу изгиба кривой депрессии , f , м, находят из уравнения

(2.5)

Рис. 2.2

Расстояния m₀ и m₁ , м, показаны на рис. 2.1 и 2.2.

2.2 Расчёт расхода воды притекающей в дренаж

Система двустороннего несовершенного дренажа является наиболее общим случаем определения расхода воды в дренаж.

Расход воды, q_i , м3/с на один м длины дренажа с полевой стороны (см. рис. 2.1) из зон А и Б рассчитывают по формулам

(2.6)

(2.7)

С достаточной точностью расход воды из зон А н Б определяется по формуле

(2.8)

где Н – бытовая толщина грунтового потока, м;

h₀ – расстояние от дна дренажа до верха трубы, м;

I₀ – средний уклон кривой депрессии, %;

k – коэффициент фильтрации, м/с.

Бытовая толщина, Н, м, грунтового потока

, (2.9)

а толщина подстилающего слоя, Т, м

(2.10)

где ГГВ – относительная отметка горизонта грунтовых вод до понижения, м;

ДВ – относительная отметка дна водоупора, м.

Расход воды с полевой стороны дна дренажа (зона В) определяется по формуле проф. Р.Р. Чугаева:

(2.11)

Значение q_r устанавливают в соответствии с графиком (рис.2.3) по значениям  и , предварительно найденными из уравнения

(2.12

(2.13)

где Т – толщина подстилающего водонос- ного пласта, м;

d – половина ширины дренажной прорези (d принимают равным 0,3-0,4 м);

L₀ – длина проекции кривой депрессии на горизонталь, м, которая определяется по

формуле

(2.14)

Рис. 2.3

Может оказаться, что Т будет больше или меньше расчетного значения

(2.15)

где ₀ – коэффициент, принимаемый по табл. 2.1 в зависимости от .

Таблица 2.1

	0,50	0,60	0,70	0,80	0,90	0,92	0,94	0,96	0,98	1,00
0	0,33	0,43	0,52	0,65	0,80	0,85	0,90	0,97	1,09	1,32

После нахождения ,  и Т_р можно установить, какой конкретно случай расчета имеет место в заданных условиях проектирования. Практически могут встретиться три случая.

Первый случай, когда 3 и Т<Т_р. Расчет ведут по формулам (2.12), (2.13) и (2.15) с использованием графика (рис. 2.3).

Второй случай, когда >3 и Т<Т_р. Сначала определяют некоторое промежуточное значение q’_r по графику (см. рис. 2.3), приняв =3 и вычислив  по формуле

(2.16)

Затем по формуле (2.13) определяют  и находят искомое значение

(2.17)

Третий случай, когда <3 и Т>Т_р При этих условиях q_r определяют также но графику (см. рис. 2.3), но при =0. Расход воды из зоны Г (с половины ширины дна дренажа, прилегающей к междудренажному пространству) определяют по формуле проф. Р.Р. Чугаева, но при новом значении бытовой толщины водоносного слоя ()

(2.18)

Боковой расход из междудренажного пространства (зоны Д и Е) определяют из выражения

(2.19)

Полный суммарный расход воды, м³/с на метр, в дренаж рассматриваемого типа

(2.20)

При дренажах других типов расчет расхода воды в дренаж существенно упрощается и определяется по формулам:

для одиночного одностороннего несовершенного дренажа

, (2.21)

для одностороннего совершенного дренажа

, (2.22)

для двустороннего совершенного дренажа

(2.23)