1.6.2 Оценка эффективности дренажа

Эффективность дренажа оценивается по гидравлическим и техническим характеристикам. К гидравлическим относятся коэффициент водоотдачи и

величина снижения весовой влажности грунта ∆W,которые определяются по формулам:

; ;

, (1.30)

где - объем пор, содержащих гравитационную, вытекающую в дренаж воду, доли;

n – пористость осушаемого грунта, доли;

α – доля капиллярно застрявшей воды;

- молекулярная влагоемкость, доли;

и- плотность сухого грунта и воды, т/м³.

Значения n и ρ_d вычисляются по формулам:

; ; (1.31)

e – коэффициент пористости, определяем по ветви нагрузки компрессионной кривой при .

_{σ = 80 + 30,4 = 110,4 кПа;}

е = 0,665;

n = 0,665/(1 + 0,665) = 0,399;

ρ_d = 2,68/(1 + 0,665) = 1,610 т/м³;

m_o = 0,399 – (1 + 0,1)*0,12*1,610/1 = 0,187;

∆W = 0,399*1/1,610 – (1 + 0,1)*0,12 = 0,115

μ = 0,187/0,399 = 0,467

μ > 0,2, дренаж способен осушить не менее 20% объема пор и поэтому показателю может считаться эффективным. Однако эффективность такого осушения для повышения несущей способности основания необходимо оценить техническим параметром, в качестве которого принимается допустимое давление на основную площадку:

; (1.32)

где C и φ – прочностные характеристики грунта;

P_вс – интенсивность нагрузки от верхнего строения пути с учетом веса защитного слоя, кПа /таблица 1.5, 5/.

Расчет по формуле (1.34) ведется дважды: сначала для водонасыщенного состояния основания определяется Р_{доп, в} при влажности W_max = e*ρ_w /ρ_s , а затем для осушенного вычисляется Р_{доп, ос} при влажности W_ос = W_max – ∆W.

W_max = 0,665*1/2,68*100% = 24,8%;

W_ос = (0,248 – 0,115) = 13,3%.

Рисунок 1.7 Графики зависимостей С_i = ψ₁ * W_i φ_i = ψ₂ * W_i

Из графика (рисунок 1.7) получили значение C_ос = 2,53 кПа, φ_ос = 24,4̊ , C_мах = 0, φ_мах = 15,6̊ .

Используя полученные значения, проводим расчет

- для осушенного состояния:

кПа

- при влажности:

кПа

Дренаж по технической характеристике является эффективным, так как условие Р_доп,ос > Р = Р_о + Р_вс выполняется, где - предельное давление от

поездной нагрузки, равное 80 кПа 137,1 кПа > 80+30,4 = 110,4 кПа.

По отношению Р_доп,ос / Р_доп,в можно судить о величине повышения несущей способности основания после устройства дренажа: 137,1/72,3≈1,9 раз.

1.6.3 Расчет глубины заложения дренажа

Односторонний дренаж способен обеспечить ожидаемый эффект осушения основания выемки при двух условиях: однопутная линия и незначительная молекулярная влагоёмкость W_м<15%. Так как в данном случае линия однопутная, то выбираем односторонний дренаж. В соответствии с расчетной схемой (рисунок 1.8) глубина дренажа определяется по формуле:

h = z_o + ∆ + a_кп + f + h_o – b (1.33)

где z_o – максимальная глубина сезонного промерзания подрельсового основания, равная 1,79 м; ∆ – величина возможного изменения уровня

капиллярных вод и глубины промерзания, равная 0,2 м; a_кп – высота подъема капиллярной воды над поверхностью депрессии, равная 0,4 м; f – стрела изгиба поверхности депрессии, м, определяемая по формуле для двухстороннего дренажа:

f = (В + 0,8)J_o (1.34)

f = (7,2 + 0,8)0,03 = 0,24 м.

где В=7,2 м ширина основной площадки выемки; J_o – средний уклон поверхности депрессии; h_o – расстояние от верха дренажной трубы до дна траншеи, равное 0,35 м; b – расстояние от верха балластной призмы до верха дренажной траншеи, м, b= h_б + 0,6 ; h_o=0,4 м – суммарная толщина балласта; h_б=h_щ+0,15; h_щ=0,4 м – нормативная толщина однослойной балластной призмы.

b = h_щ+0,15 + 0,6 = 0,4 + 0,75 = 1,15 м,

h = 1, 79 +0,2 + 0,4 + 0,24 + 0,35 – 1,15 = 1,83 м.

Для того чтобы определить совершенный или несовершенный дренаж, необходимо определить отметку дна дренажа:

Г_дна = Г_бр – h – 0,6 = 377,32 – 1,83 – 0,6 = 374,89 м

Рис 1.8 Расчетная схема одностороннего подкюветного дренажа

Сравниваем Г_дна с Г_ву : Г_дна – Г_ву = 374,89 – 374,30 = 0,69 м. Отметка дна превышает отметку водоупора более чем на 0,25 м, дренаж считается несовершенным, с дополнительным притоком воды со стороны дна.