к.т.н. доц. Герасименко В.Г., ас. Близнюк Т.В., ст. Бутенко Н.В.

Автомобильно-дорожный институт

Государственное высшее учебное заведение

Донецкий Национальный Технический Университет, Украина

Гидравлический расчёт дренирующих слоёв с учётом движения воды в капиллярной кайме

Последние исследования показали, что при гидравлическом расчёте дренирующих слоёв в основании проезжей части вследствие сравнительно небольшой мощности свободного потока необходимо учитывать движение воды не только в зоне полного насыщения дренирующего материала, но также и в капиллярной кайме.

Установлено, что при малой толщине водонасыщенного слоя расход воды, движущийся в капиллярной кайме, соизмерим с расходом свободной воды, а иногда и превосходит его.

Движение воды в дренирующем слое происходит в виде двух взаимосвязанных потоков, расположенных в два яруса (рис. 1) – в нижнем потоке движется свободная, а в верхнем – капиллярная вода.

Рисунок 1 – Расчётная схема движения воды в дренирующем слое

Поскольку в каждом из потоков имеет место ламинарный характер движения воды (такой тип движения жидкости при котором жидкость движется слоями без поперечного перемешивания, причём пульсация скорости и давления отсутутвуют) , то для вывода расчётных формул, определяющих её расход возможно применение закона Дарси.

Единичный расход воды вычисляется по двухчленной формуле, первый член которой даёт расход свободной воды, а второй – расход воды, перемещающейся в капиллярной кайме:

(1)

где q – расход воды на 1 м ширины потока, м³/сут;

- коэффициент фильтрации материала дренирующего слоя при требуемой плотности, м/сут;

– коэффициент влагопроводимости в капиллярной кайме, м/сут;

– высота уровня воды в дренирующем слое в начале пути фильтрации, м;

– высота капиллярно-насыщенной зоны, в которой движется вода, в начале фильтрационного потока, м;

– то же в конце фильтрационного потока, м;

і – уклон основания дренирующего слоя в долях единицы;

L – длина пути фильтрации, м;

и - коэффициенты скорости потоков свободной и капиллярной воды.

Следует отметить, что при расчёте по предложенной формуле было бы точнее принимать уклон и направлении фильтрации воды с учётом продольного уклона (соответственно изменяется и длина пути фильтрации). но расчёты по предложенной формуле показали, что при уклонах до 70 ^0/₀₀ влияние продольного уклона на результат настолько мало, что им можно пренебречь.

При расчёте дренирующего слоя необходимо учитывать следующее:

1. при ширине проезжей части 7 – 7,5 м с двухскатным поперечным профилем, когда вода из дренирующего слоя отводится продольными трубчатыми дренами, а также поперечными трубчатыми или щебёночными дренами длина пути фильтрации до приёмной части дрен составит 3,5 – 3,75 м;

2. так как при двухскатном поперечном профиле фильтрация воды происходит в обе стороны от оси дороги, то расход воды на 1 м ширины потока следует уменьшить вдвое;

3. при проезжей части шириной 7 – 7,5 м с односкатным профилем, а также на дорогах с четырёхполосной проезжей частью при двухскатном профиле, когда проектируются дрены, то расчёт ведется при L = 7,5м. При такой же длине пути фильтрации, но уменьшенным вдвое q рассчитывают и дренажную систему со сплошным дренирующим слоем под обочинами;

4. на дорогах с четырёхполосной проезжей частью при устройстве сплошного дренирующего слоя под обочинами можно принимать L = 10,5 м.

Использование предложенной формулы позволит существенно повысить точность расчёта дренирующего слоя (определение его толщины), что в свою очередь, положительно скажется на технико-эксплуатационных качествах дороги.

Литература

1. Васильев Александр Петрович, Баловнев Владилен Иванович, Корсунский Марк Борисович, Мусатов С.А. , Эрастов А.Я. и др. Ремонт и содержание автомобильных дорог – М.: Транспорт, 1999. – 287 с.

2. Корсунский М.Б., Гайваронский В.Н., Россовский П.Д. Прогнозирование расчётной влажности грунтов земляного полотна. М.:, "Труды Союздор-нии", вып. 76, 1990. – С. 5 – 29.

3. Рувинский В.И. Прогноз и регулирование изменений плотности и влажн-сти земляного полотна.// Вопросы проектирования и строительства автом-бильных дорог. М.: Союздорнии, 2002. – с. 137 – 143.