15. Основные положения по проектированию канав.
При проектировании канав должны выполняться следующие основные требования:
1) канавы должны пропускать весь расчетный расход без переполнения. В соответствии с СТН Ц-01-95 размеры поперечного сечения нагорных и кюветов, а также водоотводных канав в пределах нулевых мест и водосбросов следует определять по расходам воды вероятностью превышения 1:100 (на линиях скоростных и особогрузонапряженных, I и II категории); 1:33 (III категории), 1:20 (IV категории), а продольных канав насыпей и поперченных водоотводных канав – соответственно 1:25, 1:15 и 1:10.
Чтобы канавы не переполнялись, бровка канавы должна возвышаться не менее, чем на 0,2 м над уровнем воды, соответствующем расходу указанной вероятности превышения.
2) строительные расходы должны быть минимальными. Для этого при проектировании следует стремиться получать гидравлически наивыгоднейшее сечение канав, при котором пропускается наибольший расход при заданной площади, а периметр минимальный. Поэтому и объемы земляных работ и объемы креплений дна и откосов, определяющие строительную стоимость, будут минимальными.
Необходимо также стремиться к снижению мощности укреплений. Для этого продольные уклоны канав не должны быть большими, но не менее 0,003 у водоотводных и нагорных канав, 0,002 – на болотах и речных поймах и 0,001 – в исключительных случаях исходя из требований минимальных расходов на очистку канав;
3) эксплуатационные расходы, складывающиеся из затрат на ремонты креплений и прочистку канав, должны быть минимальными Для этого при проектировании на всех участках канавы необходимо добиться выполнения условий:
где [v]разм и [v]заил – допускаемые скорости воды в канаве по условию размыва и по условию заиливания соответственно.
16. Основные положения гидравлического расчета канав.
Расход воды через данное сечение канавы, м3/с, определяется по формуле
где W – площадь живого сечения, м2; V – средняя скорость потока при равномерном движении, м/с,
где С – коэффициент Шези,
где n – коэффициент шероховатости; R – гидравлический радиус, м,
где χ – смоченный периметр трубы, м, i – уклон дна канавы.
Для наиболее распространенного трапецеидального сечения канавы
где m = ½(m1 + m2).
17. Виды воды в грунте. Дренажи и их назначение. Классификация дренажей.
В процессе пучинообразования при зимнем промерзании грунта участвуют в основном безнапорные воды в виде верховодки и грунтовой воды. Верховодка располагается в верхнем слое грунта и формируется за счет атмосферных осадков. Грунтовая вода находится в слоях грунта, расположенных ниже слоев с верховодкой, имеет определенный верхний горизонт (ГВВ). Слой грунта с грунтовой водой, подстилается водонепроницаемым грунтом (водоупором).
При проектировании противопучинных устройств часто рассматривается просто грунтовая вода без подразделения ее на верховодку и грунтовую воды.
В зависимости от взаимодействии воды с частицами грунта грунтовые воды могут находиться в следующих состояниях:
– свободном (гравитационном), когда вода перемещается в порах грунта под действием силы тяжести и поэтому может быть собрана и удалена из грунта дренажными устройствами. Эта вода в грунте замерзает при температурах, близких к 0°С;
– капиллярном, когда вода связана с гравитационной. Она по тончайшим порам между частицами грунта поднимается над уровнем (ГВВ) гравитационной воды на некоторую высоту, зависящую от вида грунта (0,3-0,5 м, иногда более 2 м). Изменение уровня гравитационной воды вызывает такое же изменение уровня капиллярной воды;
– связанном (пленочном), когда вода в виде тончайших пленок обволакивает минеральные частицы грунта и связана с ними силами электромолекулярного притяжения. Удалить ее из грунта можно только путем испарения за счет вентиляции или нагрева воды. Связанная вода замерзает при относительно низких температурах (ниже -1 °С);
– гигроскопическом, когда вода находится в грунте в очень малом количестве. Она располагается на частицах грунта в виде отдельных молекул. Может быть удалена из грунта только испарением. Заметного влияния на процесс пучинообразования не оказывает;
– парообразном.
Дренажи – устройства, предназначенные для снижения влажности грунта и понижения уровня или перехвата подземных вод.
Для осушения грунтов земляного полотна и его основания наибольшее распространение имеют биологические и особенно гравитационные дренажи.