методичка
.pdfКАФЕДРА ГОРОДСКОГО СТРОИТЕЛЬСТВА И ХОЗЯЙСТВА
Дисциплина «ОСНОВЫ ИНЖЕНЕРНОЙ ПОДГОТОВКИ
ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению курсового проекта
на тему «Инженерная защита городских территорий от подтопления и затопления»
Ю.И. Гайко
Для студентов 4 курса специальности 7.092103 «Городское строительство и хозяйство»
дневной и заочной форм обучения
Объем издания – 34 с.
Алчевск
ДонГТУ
2006
УДК 711.001.2(07)
Методические указания к выполнению курсового проекта на тему «Инженерная защита городских территорий от подтопления и затопления» для студентов специальности 7.092103 "Городское сроительство и хозяйство" / сост. Ю.И. Гайко.- Алчевск, ДонГТУ, 2006.- 28 с.
Изложена последовательность выполнения курсового проекта по защите городских территорий от затопления и подтопления. Приведена методика расчета и проектирования дренажных систем, а также дамб обвалования.
Призваны помочь студентам овладеть навыками проектирования комплекса инженерных мероприятий по защите городских территорий от затопления и подтопления.
2
1. РАСЧЕТ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО СИСТЕМАТИЧЕСКОГО ДРЕНАЖА СОВЕРШЕННОГО ТИПА
Уровень подземных вод на застраиваемой территории должен обеспечивать как возможность производства работ в период строительства, так и нормальные условия эксплуатации застроенных территорий.
Для понижения уровня грунтовых вод на строительной площадке недостаточно одно – или двухлинейного дренажа. В таких случаях применяют систематический дренаж.
Его применяют обычно при питании водоносного горизонта «сверху» за счет инфильтрации атмосферных осадков и хозяйственных вод или «снизу» за счет напорных вод водоносного горизонта. Дренаж состоит из коллектора, отводящего воду за пределы территории осушения и дрен, собирающих воду из грунта (рис. 1.1). Вода из дренажа удаляется в зависимости от условий рельефа и глубины заложения дренажа. Очень часто имеется возможность сброса дренажных вод в ливневую или фекальную канализацию.
Горизонтальный систематический дренаж совершенного типа закладывается на водоупоре глубиной не более 5-6м. Если водоупор расположен на большей глубине, дренаж закладывается в водоносном слое (несовершенный горизонтальный дренаж.).
При большой мощности водоносного горизонта и необходимости глубокого водопонижения применяют вертикальный дренаж.
Исходным для проектирования систематического дренажа является топографический план участка дренирования, выполненный в масштабе 1:1000 – 1:2000, создаваемый обычно на основе сети квадратов со сторонами
50 х 50 или 100 х 100 м.
Коэффициент фильтрации (k) принимается после определения его в лаборатории или по указанию руководителя проекта.
3
Вершины квадратов разбитой на местности сетки нивелируются. При наличии крупномасштабных топографических планов участка дренирования, сеть квадратов может быть разбита на плане. Отметки вершин квадратов в таком случае определяются интерполированием. Для получения данных геологического и гидрогеологического строения в вершинах квадратов пробуривают разведочные скважины с отбором образцов и замерами глубин появления воды.
Рис 1.1 Схема осушительной сети совершенного систематического дренажа: 1-10 – дрены-осушители, 11– коллектор, 12 – ливнесток, 13 – уровень грунтовых вод до осушения, 14 – уровень грунтовых вод при работе дренажа, 15 – водоупор, hн.о.– глубина понижения уровня грунтовых вод, h1 – высота непониженного слоя воды над водоупором
По данным топографической съемки и материалов бурения строят изображение поверхности водоупора, для чего:
вычисляют отметки вершин квадратов на поверхности земли;
4
определяют по глубинам скважин, пробуренным в вершинах квадратов, отметки поверхности водоупора с учетом погружения бура в пласт глины;
по отметкам верха пласта глины строят изогипсы поверхности водоупора.
При расчете систематического дренажа горизонтального типа необходимо определить расстояние между дренами, положение уровня грунтовых вод после осушения, приток грунтовых вод к дрене и к коллектору, диаметры и уклоны труб дрен и коллектора.
1. Определяем расчетное понижение уровня грунтовых вод.
Расчетное понижение уровня грунтовых вод S = hн.о (рис.1.1) определяется в зависимости от глубины заложения фундаментов зданий, наличия подвалов, а также от нормативных минимальных глубин залегания уровня грунтовых вод по формуле (1.1)
Рис.1.2. Схема определения глубины понижения уровня грунтовых вод
5
S=hдоп. – hводы + 0,5, |
(1.1) |
где: hдоп. – допускаемая минимальная глубина залегания грунтовых вод, м, (принимается по таблице 1.1, в соответствии с заданными условиями эксплуатации застраиваемой территории);
hвод. – минимальная глубина появления воды от поверхности земли, м (принимаем по исходным данным инженерных изысканий);
Таблица.1.1 Допускаемая минимальная глубина залегания уровня грунтовых вод
Функциональное назначение |
hдоп., м |
территории застройки |
|
Овощехранилища |
4,5 |
Парки |
1,5 |
Здания с подвалом |
2-2,5 |
Здания без подвалов |
0,8-1 |
2. Определяем среднюю мощность водоносного горизонта
Для дальнейших расчетов требуется определить среднюю мощность водоносного горизонта H по формуле:
H = |
åHi |
, |
(1.2) |
|
n |
||||
|
|
|
где: n-количество скважин;
Hiпервоначальная высота уровня подземных вод над водоупором в
i–ой скважине, определяемая как : |
|
Hi = Hск. – hводы – hгл. , |
(1.3) |
где: Hск.- глубина скважины; |
|
6 |
|
hводы- глубина появления воды от поверхности земли в i–ой скважине,
м;
hгл.- толщина глинистого слоя грунта, м.
3. Определяем расстояние между дренами-осушителями
Расстояние между дренами-осушителями:
L = 2(H − S) |
|
K |
|
|
|
|
ρ , |
(1.4) |
|||||
|
|
где:H – средняя мощность водоносного горизонта, м; S -требуемое понижение уровня грунтовых вод, м;
K -коэффициент фильтрации, м/сутки (определяется по таблице 1.2, в соответствии с заданными грунтами );
ρ -интенсивность выпадения атмосферных осадков, м/сутки (слой инфильтрации) в данной местности (принимаем по таблице 1.2).
Таблица 1.2 Значение параметров k и ρ
Грунты |
tgα |
K, м/сутки |
ρ, м/сутки |
|
|
|
|
Крупные пески |
0,005 |
60 |
0,02 |
|
|
|
|
Среднезернистые пески |
0,02 |
10 |
0,01 |
|
|
|
|
Мелкозернистые пески |
0,02 |
5 |
0,005 |
|
|
|
|
Супеси |
|
0,8 |
0,001 |
|
|
|
|
7
4.Определяем удельный расход (приток) воды в дрены
В данном расчете предполагается, что с обеих сторон на 1 м длины дрены-осушителя поступает вода из прилегающей к ней территории шириной
полосы L2 ×2 = L.
Удельный расход (приток) воды на 1 м длины дрены находим по формуле:
q = ρ × L, м3/сутки |
(1.5) |
где L-расстояние между дренами-осушителями, м.
При длине дрены Lд, определенной по плану, расход в дрене составит:
Q = q × Lд, м3/сутки |
(1.6) |
Расходы в магистральных коллекторах составят:
в I сечении: |
Q1 = Q × n, |
(1.7) |
во II сечении: |
Q2 = Q × m, |
(1.8) |
где: n- количество дрен, примыкающих к коллектору I сечения; m- количество дрен, примыкающих к коллектору II сечения.
Выбор участков I и II cечения для коллектора и размещение дреносушителей в плане производится после построения поверхности водоупора в изолиниях и определения трассы коллектора.
Дальнейший расчет систематического дренажа ведем поверочным методом, при котором предварительно задаемся минимальными диаметрами труб и значениями уклонов дренажа, а затем расчетом проверяем приемлемость принятых предположений.
8
Для расчета первого приближения принимаются минимальные значения диаметров труб и уклонов:
для дрен-осушителей коллектора I cечения коллектора II cечения
d = 100мм, I = 0,005; d = 200 мм, i = 0,003; d = 300 мм, i = 0,002.
5.Определяем пропускную способность труб и скорость течения воды в трубах
Расчетная скорость воды при полном заполнении труб определяется по формуле Шези :
V = |
C |
× |
|
|
|
d ×i |
|
||||
2 |
|
||||
|
, |
(1.9) |
|||
|
|
где d – диаметр труб, м; i – уклон дренажа, м.
Величина С определяется по формуле Базина–Горбачева при полном заполнении труб:
С = |
|
70 |
|
|
|
|
|
|
1+ |
2γ |
|
, |
(1.10) |
||||
|
|
|||||||
|
|
d |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
где γ – коэффициент шероховатости; d -диаметр труб, мм.
Коэффициент шероховатости для керамических или асбестоцементных труб принимается равный γ=0,014.
Пропускная способность дренажной трубы:
9
Qn=33696×C× d 5 ×i , м3/ сутки |
(1.11) |
Таким же образом определяется пропускная способность труб коллектора.
Далее определяем отношение расчетных расходов труб (при неполном заполнении) к пропускной способности труб при полном заполнении Q/Qn.
Переход от скорости при полном заполнении труб к скорости при
неполном их заполнении определяется формулой: |
|
V1 = V × η , |
(1.12) |
где V1 - скорость при неполном наполнении, м/сек;
η - переходной коэффициент, определенный по графику из соотношения Q/Qn (рис1.3).
Найденные скорости не должны выходить за пределы допустимых значений (0,15÷1,2) м/сек.
Рис1.3. График для определения коэффициента ή