Расчет дренажа складских корпусов с центральной горизонтальной заглубленной дреной

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Анализ опыта строительства и эксплуатации зданий и сооружений в условиях подъема уровня грунтовых вод (УГВ) показал, что в последнее время в практике строительства широкое распространение получили пространственные ангары и складские помещения, при проектировании фундаментов которых следует учитывать возможные изменения гидрогеологических условий площадки строительства и предусматривать заранее ее дренирование [1-5].

Выполненный обзор научно-технической литературы в области дренажа зданий и сооружений в условиях подъема УГВ показал, что эффективное его понижение вблизи зданий и сооружений невозможно без применения новых и усовершенствованных конструкций подземного комбинированного дренажа, материалов и технологий [6-9].

Целью настоящих исследований является выбор оптимального варианта комбинированного дренажа для защиты корпусов складских помещений многофункционального логистического комплекса (МЛК) в условиях подъема УГВ. В работе рассмотрена методика расчета оптимального варианта комбинированного дренажа в виде кольцевого дренажного трубопровода и центральной заглубленной дрены (рисунок 1).

МЛК класса «А» запроектирован ОАО «Институт «Ростовский Промстройниипроект».

Рисунок 1 - Конструкция кольцевого горизонтального дренажа: а - конструкция кольцевого горизонтального дренажа: 1 - кольцевой горизонтальный дренаж с трубчатой дреной диаметром 75 мм (100 мм) и гравийной обсыпкой 500 Ч 1600 мм, обернутой геотекстилем; 2 - обратная обсыпка; 3 - зона капиллярного поднятия грунтовых вод; б - конструкция кольцевого горизонтального дренажа с центральной дреной: 1 - трубчатая дрена диаметром 75 мм (100 мм); 2 - гравийная обсыпка, обернутая геотекстилем; 3 - засыпка среднезернистым песком с коэффициентом фильтрации 5 м/сут; 4 - зона капиллярного поднятия грунтовых вод

Комплекс планируется размещать вблизи федеральной трассы М4 у ст. Грушевской Аксайского района Ростовской области. Общая площадь складских корпусов - 175517,2 м2. Годовой грузооборот товаров составляет 2000 тыс. т. Складские корпуса № 1 и 2 одноэтажные, размерами в плане 129 Ч 579 м, высота до низа несущих конструкций покрытия - 12,0 м, с двух-, трехэтажными встройками. Каждое сооружение состоит из четырех деформационных блоков размерами 129 Ч 144 м со вставками между блоками 1,0 м.

Подземная вода вскрыта скважинами на глубинах 5,55-7,90 м (абс. отм. 78,58-65,39 м) и установилась на глубинах 4,90-7,25 м (абс. отм. 79,18-66,24 м). Горизонт воды ненапорный. Региональным водоупором являются неогеновые глины РГЭ-3. Разгрузка воды происходит в реки Тузлов и Грушевку. Питание горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных вод. При нарушении природного стока воды и возможных утечках из инженерных коммуникаций после ввода в эксплуатацию проектируемого сооружения возможен подъем уровня подземной воды.

По данным треста «РостовДонТИСИЗ», сезонные колебания уровня подземной воды составляют 1,0-1,5 м. В соответствии с приложением В СП 11-105-97 «Инженерно-геологические изыскания для строительства» по совокупности факторов, описанных выше, площадка относится ко II категории сложности инженерно-геологических условий.

Уклон грунтового потока в районе площадки МЛК определен по данным инженерно-геологических изысканий с использованием сведений об УГВ в наблюдательных скважинах.

Защитный дренаж целесообразно запроектировать только для складского корпуса № 1 МЛК в ст. Грушевской, так как естественный УГВ здесь находится выше отметки подошвы фундамента, а с учетом сезонного повышения УГВ будет возникать опасность капиллярного увлажнения естественного основания и просадочных суглинков (РГЭ-2) под полом складского корпуса и образования его просадок. Наиболее целесообразным вариантом устройства защитного дренажа для складского корпуса № 1 является дренажная система, включающая кольцевой горизонтальный дренаж по контуру и центральную дрену по продольной оси.

Недостатком конструкции кольцевого горизонтального дренажа
(рисунок 1, а) является потеря несущей способности основания ввиду необходимости заглубления дренажа ниже подошвы фундамента на 1,5-2,5 м [1].

Рассмотрим расчетные формулы для определения основных параметров центральной дрены несовершенного типа в условиях безнапорного движения грунтового потока. Основное назначение центральной дрены - обеспечение понижения кривой депрессии под складским корпусом с целью предотвращения капиллярного увлажнения грунтового основания под его полом. Для определения дебита несовершенных дрен применяют формулу А.В. Романова [6]:

,

где - дебит дрены на 1 м ее длины, м3/сут;

- коэффициент фильтрации породы, м/сут;

- глубина грунтового потока в верхней части рассматриваемого участка, м:

водоносный грунтовый безнапорный

,

где - напор на границе области питания, м;

- расстояние от водоупора до дна дрены, м;

- расстояние до границы питания, м;

- глубина грунтового потока в нижней части рассматриваемого участка, м:

,

где - напор на границе области стока, м;

- расстояние до границы стока, м;

- мощность безнапорного водоносного пласта в месте расположения дрены, м:

,

где - длина водоприемной части (фильтра) скважины, м:

;

- радиус трубчатой дрены, м.

Для построения депрессионной кривой по линии, направленной нормально к дрене, применяют формулу А.В. Романова [6]:

,

где - напор в точках, отстоящих на расстоянии от плоскости, которая проходит через оси скважин, м;

- дебит дрены на 1 м ее длины, м3/сут;

- коэффициент фильтрации породы, м/сут;

- расстояние от ряда дрен до линии, проходящей посередине между границами питания и стока, м;

- напор на границе области питания, м;

- напор на границе области стока, м;

- расстояние до границы питания, м;

- длина водоприемной части (фильтра) скважины, м;

- расстояние от водоупора до середины межфундаментного расстояния, м:

.

Материалы и методы. Экспериментальные исследования плановой фильтрации в районе МЛК проводились методом электрогидродинамических аналогий (ЭГДА). Было изготовлено семь моделей для следующих схем: обтекание корпусов № 1 и 2 без дренажа, фильтрация к кольцевому дренажу корпусов № 1 и 2 при нормальном (наблюдаемом) и высоком (сезонном) УГВ, фильтрация к частичному дренажу корпуса № 1 и полному дренажу корпуса № 2, фильтрация к кольцевому дренажу корпуса № 1 (при отсутствии дренажа корпуса № 2) на отметке подошвы фундаментов, фильтрация к кольцевому дренажу корпуса № 1 (при отсутствии дренажа корпуса № 2) при заглубленном его устройстве ниже подошвы фундаментов на 1,5-2,5 м.

При исследовании профильных моделей движения грунтовых вод к дренажу для защиты складских корпусов использованы схемы размещения фундаментов и положения УГВ в наблюдательных скважинах на характерных инженерно-геологических разрезах. В связи с этим моделирование профильной задачи методом ЭГДА проводилось в пределах корпуса № 1 до разделительной линии.

Защитный дренаж корпуса № 1 осуществляет перехват грунтового потока и понижение УГВ не только для него, но и частично для корпуса № 2, поскольку сначала грунтовый поток непосредственно поступает к корпусу № 1, а затем остаточный поток достигает корпуса № 2.

На плановых моделях подпорные стенки не учитываются ввиду того, что они являются «стенами в грунте», не доходящими до водоупора, кроме того, УГВ значительно ниже основания подпорных стенок. На рисунке 2 приведена схема модели движения грунтовых вод к дренажу для защиты складских корпусов. Задачи исследований плановых схем фильтрации на моделях ЭГДА предполагали изучение общей картины движения грунтовых вод в районе проектируемого здания, определение ширины зоны захвата грунтового потока подземным дренажем и всей области притока грунтовых вод к дренажу, а также установление основных характеристик фильтрационного потока (расхода притока к дренажу, зоны влияния дренажа на понижение УГВ) (рисунок 1, а) [9].

Рисунок 2 - Схема плановой модели кольцевого дренажа по периметру складских корпусов № 1 и 2 С-1 - наблюдательная скважина за УГВ

Ввиду того, что подпорные стенки выполнены вне водоупора, на плановых моделях они не учитываются

Граничные условия задавались по направлению движения грунтовых вод: в верхней части с потенциалом = 100 %, в нижней части - с = 0 %. Потенциал по границе размещения дренажа рассчитывался, исходя из среднего понижения УГВ непосредственно у фундаментов и общего понижения УГВ:

,

где - общие потери напора (понижение УГВ) на участке моделирования, м:

,

где - средний уклон;

- длина участка модели, м;

- перепад дренажа, м:

,

где - потери напора в дренаже, м.

Так как моделирование с разными потенциалами в угловых контурах дренажа представляет собой сложную задачу за счет невозможности плавного изменения потенциала без применения линейной шины и ввиду малого масштаба модели (1 : 1000), будет возникать большая погрешность при определении потенциалов. В связи с этим более целесообразно моделирование проводить по средним потенциалам для одного контура.

Расход грунтового потока, поступающего в дренаж, определялся по формуле:

,

где - суммарный расход притока грунтовых вод в дренаж, м3/сут;

- коэффициент фильтрации толщи грунта, м/сут;

- ширина области фильтрации, поступающей в дренаж, м;

- средняя глубина грунтового потока, поступающего в дренаж, м;

- средний уклон грунтового потока между выбранными линиями равного напора:

,

где , - глубины грунтового потока в верхней и нижней части, м;

- расстояние между выбранными линиями равного напора, м.

Результаты и обсуждение.

В таблице 1 приведены сводные результаты фильтрационного расчета варианта защитного дренажа, включающего кольцевой дренаж и центральную дрену.

Таблица 1 - Результаты расчета параметров варианта защитного дренажа (кольцевой дренаж плюс центральная дрена)

Вопрос моделирования схем фильтрации к дренажу (таблица 2) осложнялся тем, что фильтрационный поток к нему должен был формироваться на фоне естественного грунтового потока [8].

Таким образом, результаты проведенных исследований плановых моделей фильтрации методом ЭГДА подтверждаются результатами фильтрационного расчета.

Анализ профильных схем исследований и фильтрационных расчетов показал, что устройство кольцевого горизонтального дренажа необходимо только для корпуса № 1 с относительно высокими УГВ выше подошвы фундаментов. Для корпуса № 2, где УГВ ниже подошвы фундаментов, устройство защитного дренажа нецелесообразно.

Таблица 2 - Результаты исследования плановых моделей фильтрации к подземному дренажу складских корпусов № 1 и 2
(во всех моделях средний уклон грунтовых вод Icр = 0,025)

Анализ результатов исследований методом ЭГДА профильных моделей движения грунтовых вод к защитному дренажу складского корпуса № 1 свидетельствует о том, что запроектированные подпорные стенки высотой 7-8 м незначительно заходят в область движения грунтовых вод (на 1,5-2,0 м). Это не оказывает практически никакого влияния на движение грунтового потока в районе площадки МЛК, так как грунтовый поток мощностью до условного водоупора, равной 20-25 м, свободно обтекает неглубокую стенку, не изменяя направления и не теряя напора.

Исходя из гидравлических расчетов (таблица 3), наиболее приемлемым диаметром горизонтального кольцевого дренажа является мм, при котором будет обеспечиваться допустимая степень наполнения дрены, составляющая от 30 до 70 %.

Таблица 3 - Результаты гидравлического расчета дренажных трубопроводов (i = 0,0035)

Выводы. Для корпуса № 1 рекомендуется дренажная система, включающая кольцевой горизонтальный дренаж по контуру и центральную дрену по оси здания.

Для защиты от увлажнения естественного основания полов корпуса № 1 предлагается конструкция кольцевого горизонтального дренажа, устроенного на глубинах ниже подошвы фундаментов на 1,5-2,5 м. Конструкция включает дренажные трубы (пластмассовые или асбестоцементные) диаметром 75 мм (100 мм) с гравийной обсыпкой 500 Ч 1600 мм, обернутой защитно-фильтрующим материалом (геотекстилем). Отвод дренажной воды должен осуществляться по магистральному коллектору длиной 300 м по двум вариантам: Й вариант - в очистные сооружения дождевой канализации; ЙЙ вариант - за территорию МЛК самотеком в пониженные места рельефа. Уклон дренажа выполняется равным 0,0035; для его осмотра и периодической очистки необходимо предусмотреть смотровые колодцы через каждые 50 м.

Максимальный расход дренажных вод при выпуске из магистрального коллектора для высокого (сезонного) УГВ составит 0,50 л/с, а расход дренажных вод для нормального (наблюдаемого) УГВ будет равен 0,10 л/с (практически в 5 раз меньше).

Список литературы

1. Ищенко, А. В. Компьютерное моделирование дренажа складских корпусов с центральной горизонтальной заглубленной дреной [Электронный ресурс] / А. В. Ищенко, И. С. Лебединец // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон. журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2014. - № 1(13). - 11 с. - Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/dl_files/udb_files/udb13-rec241-field6.pdf.

2. Ермоленко, В. Л. Технологические приемы строительства закрытого горизонтального дренажа узкотраншейным способом в зоне орошения: автореф. дис. ... канд. техн. наук: 06.01.02 / Ермоленко Виталий Леонидович. - Новочеркасск, 2003. - 25 с.

3. Ищенко, А. В. Исследование эффективности совместной работы кольцевого дренажа и центральной дрены / А. В. Ищенко, И. С. Лебединец // Строительство-2014. Проблемы и перспективы развития современных инженерно-экологических систем: материалы Междунар. науч.-практ. конф. / ФГБОУ ВПО «РГСУ». - Ростов н/Д.: РГСУ, 2014. - С. 264-266.

4. Ищенко, А. В. Исследование плановых задач фильтрации к подземному дренажу / А. В. Ищенко, И. С. Лебединец // Строительство-2014. Проблемы и перспективы развития современных инженерно-экологических систем: материалы Междунар. науч.-практ. конф. / ФГБОУ ВПО «РГСУ». - Ростов н/Д.: РГСУ, 2014. - С. 267-269.

5. Пат. 2534570 Российская Федерация, МПК E 02 B 11/00. Способ создания комбинированного пристенного дренажа с вертикальными собирателями / Ищенко А. В., Косиченко Ю. М., Петров П. В., Баев О. А.; заявитель и патентообладатель Новочеркас. гос. мелиоратив. акад. - № 2013112418/13; заявл. 19.03.13; опубл. 27.09.14, Бюл. № 27. - 6 с.

6 Абрамов, С. К. Подземные дренажи в промышленности и городском строительстве / С. К. Абрамов. - М.: Стройиздат, 1973. - 280 с.

7. Пат. на полезную модель 113281 Российская Федерация, МПК E 02 D 31/02. Дренажи для осушения городских территорий и защиты подземных сооружений / Баскаков Д. Д., Романова Н. В., Джикия В. В., Баранов А. В., Андреев Д. А., Гипслис Н. В., Крупнова И. В., Дорошенко Г. В., Степанов В. Н., Савельева Л. А., Смирнов С. Н., Махлис Л. А.; заявитель и патентообладатель ОАО «Мосинжпроект». - 2011140065/03; заявл. 03.10.11; опубл. 10.02.12, Бюл. № 4. - 1 с.

8. Брумштейн, Ю. М. Анализ возможных моделей фильтрации воды и воздуха к гравитационным и вакуумируемым дренажным системам (в рамках моделирования задач на ЭЦВМ) / Ю. М. Брумштейн; Астрах. соц. ин-т - фил. Моск. открытого соц. ун-та. - Астрахань, 2003. - 96 с. - Деп. в ВИНИТИ 28.04.03, № 833-В2003.

9. Ищенко, А. В. Разработка и научное обоснование новых конструктивных схем закрытого дренажа фундаментов зданий и сооружений [Электронный ресурс] / А. В. Ищенко, П. В. Петров // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации: электрон. периодич. изд. / Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Электрон. журн. - Новочеркасск: РосНИИПМ, 2013. - № 3(11). - 8 с. - Режим доступа: http: rosniipm-sm.ru/archive?n=188&id=198.

Размещено на Allbest.ru