К вопросу о расчете дренажа и скважин

Гасанов Сабир Техранхан оглы,

кандидат технических наук, зав. лабораторией НПО АзНИИГиМ.

            Современные дренажные трубы имеют очень малую водоприемную поверхность и их скважность изменяется от 0,001 до 0,17, а фильтров скважин - от 0,01 до 0,65. В Японии фирмой «Иточу» созданы навитые пластмассовые дренажные трубы со скважностью до 0,63 [3, 5, 6]. Пористость почвогрунтов, где размещаются дрены (скважины) варьируется от 0,30 до 0,96 [8].

            Для улучшения условия работы и повышения эффективности дренажа (скважин), а также с целью предохранения дренажных труб (фильтров) от заиления, предотвращения процессов суффозии, контактного выпора и размыва и т.д., применяют защитно-фильтрующие материалы. Вокруг труб обсыпают песчано-гравийные смеси, щебень и т.д. или обвёртывают трубы структурными материалами, например стеклохолстом, стекловойлоком, волокном, мхом и т.д. [3, 5, 6]. Защитно-фильтрующие материалы, имея высокую водопроницаемость, водоприемную поверхность и пористость, не оказывают сопротивление на движение воды. Однако дренажные трубы, имея незначительные водоприемные отверстия, щели и т. д., создают существенные сопротивления поступлению воды в дрены. Например, гончарные трубы не имеют водоприемную поверхность, поэтому вода в дрену поступает через их стыки.

В связи с изменением среды и несовершенством конструкции дренажных труб (фильтров), создаётся дополнительное сопротивление на выход воды в дрены, происходит потеря рабочего напора и над ними образуется высота нависания, величина которой по данным ряда авторов составляет 0,01-1,02 м [1, 2, 4]. Эти факторы, существенно влияя на работу дренажа (скважин), снижают их эффективность. Поэтому при выводе расчетных зависимостей для проектирования дренажа в основные расчетные формулы вводится дополнительные параметры, учитывающие высоту нависания или фильтрационное сопротивление, обусловленное несовершенством конструкции труб и фильтров [1, 2, 3, 5]. В результате полученные расчетные формулы приобретают очень сложный вид, что их использование при практических работах вызывает затруднение. В ряде случаев определение многочисленных дополнительных параметров (иногда число их доходит до 15 и более) приводит к неверным результатам [3, стр. 118-124].

            Исследования показывают, что точность расчета дренажа (скважин) можно обеспечить, разрешая фильтрационную задачу с учетом пористости грунта и дренажных труб более простым методом [7, 8].

            Рассмотрим механизм поступления воды в дрену (скважину) в элементарном сечении потока (рис. 1).

Машинка janome

Швейные машины Janome по минимальной цене! Демонстрация! Доставка

janomerussia.ru

Рис. 1. Схема поступления воды в дрену (скважину) в элементарном потоке.

Вода, выходя из грунта с пористостью  (сечение 1-1), проходя через отверстия труб (фильтра) со скважностью  (сечение 2-2), поступает в дренажную линию. Согласно закону неразрывности расходы воды в этих сечениях

,                                                                                              (1)

где и соответственно действительные скорости воды в грунте и фильтре;  и площади живых сечений потока.

            Связь между действительной скоростью () и скоростью фильтрации ()

; ,                                                                                              (2)

где  и соответственно коэффициенты пористости грунта и скважности дренажной трубы (фильтра).

            Значение и  из (2) подставив в равенство (1) получим

                                                                                                     (3)

            Принимая во внимание, что приток к дрене (скважине) , то из (3) получим

.                                                                                                       (4)

            Согласно закону Дарси скорость фильтрации

,                                                                                                                    (5)

где коэффициент фильтрации;  градиент напора.

            Площадь () живого сечения потока:

для горизонтального дренажа ; для скважины ,                        (6)

где радиус потока или дрены (скважины); длина фронта потока или дрены, мощность потока.

            Подставив (5) и (6) в (4), обозначив , получим исходное уравнение для притока воды

к дрене ; к скважине ,                                         (7)

где  гидравлическое сопротивление дренажных труб и фильтра скважин.

            Уравнения (7) являются исходными, в тоже время основными уравнениями для вывода расчетных зависимостей горизонтального трубчатого дренажа и скважин [7, 8]. Из них вытекает ряд ценных выводов.

            1. Значение  изменяется от 0 до 1 и максимальная величина его отмечается в том случае, когда скважность дренажных труб (фильтров) соответствует пористости грунта, в котором размешено сооружение. Например, открытые дрены считаются «идеальными», поскольку движение воды происходит в идентичной среде.

            2. Сопротивление, обусловленное несовершенством конструкции дренажных труб и фильтра, возникает в том случае, когда их скважность не соответствует пористости грунта. Для ликвидации этого сопротивления, скважность дренажных труб и фильтра следует принять равным или больше пористости данного грунта. Опыты показывают, что во время строительства и при длительной эксплуатации водоприемные отверстия (щели или стыки) дренажных труб и фильтров закупориваются и заиливаются. Поэтому скважность труб и фильтров следует выполнять больше пористости грунта.

Литература

 1. Аверьянов С.Ф. Борьба с засолением орошаемых земель. М.: Колос, 1978, 288 с.

 2. Ведерников В.В. Теория фильтрации и её применение в области ирригации и дренажа. М.-Л.: Госстройиздат, 248 с.

 3. Мурашко А.И., Сапожников Е.Г. Защита дренажа от заиления. Мн.: Ураджай, 1978, 168 с.

 4. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. М.: Наука, 1977, 664 с.

 5. Щкинкис Ц.Н. Гидрологическое действие дренажа. Л.: Гидрометеоиздат, 1981, 311 с.

 6. Эггельсманн Р. Руководство по дренажу / Пер с нем. В.Н.Горинского; Под ред. и с предисл. Ф.Р.Зайдельмана М.: Колос, 1978, 256 с.

 7. Гасанов С.Т. О расчете и проектировании горизонтального дренажа // Экология и водное хозяйстве, 2008, № 2, с. 44-55.

 8. Гасанов С.Т. Дренаж, расчеты, проектирование и эксплуатация. Баку,Элм,2009, 236 с.

Поступила в редакцию 22.07.2009 г.