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9.4 地下排水设施水力计算


9.4.1 渗沟沟底设在不透水层上或不透水层内,且不透水层的横向坡度较小时,可采用地下水自然流动速度近于零的假设,按式(9.4.1-1)~式(9.4.1-4)计算单位长度渗沟由沟壁一侧流入沟内的流量,如图9.4.1所示。当水由两侧流入渗沟内时,上述渗沟流量应乘以2。

式中:Qs——单位长度渗沟一侧沟壁的地下水渗入量[m3/(s·m)];
          hc——含水层内地下水位的高度(m);

          hg——渗沟内的水流深度(m);当渗沟底位于不透水层内,且渗沟内水面低于不透水层顶面时,按式(9.4.1-2)取用;
          kh——含水层材料的渗透系数(m/s),见表6.2.5;
          Ls——地下水位受渗沟影响而降落的水平距离(m),可按式(9.4.1-3)确定;
          Io——地下水位降落曲线的平均坡度,可按含水层材料的渗透系数由近似公式(9.4.1-4)估算。

不透水层坡度平缓时的渗沟流量计算

图9.4.1 不透水层坡度平缓时的渗沟流量计算
1-渗沟;2-地下水位;3-地下水降落曲线

9.4.2 渗沟沟底距不透水层顶面较远时,位于含水层内的单位长度渗沟的流量Qs可按式(9.4.2)计算确定,如图9.4.2所示。

(9.4.2)

    式中:Ll——两相邻渗沟间距之半(m);
          hs——渗沟位置处地下水位的下降幅度(m)。

渗沟沟底距不透水层顶面较远时渗沟流量的计算

图9.4.2 渗沟沟底距不透水层顶面较远时渗沟流量的计算
1-原地下水位;2-降低后地下水位;3-渗沟

9.4.3 不透水层的横向坡度较陡时,可按式(9.4.3)计算单位长度渗沟由沟壁一侧流入沟内的流量Qs,如图9.4.3所示。

Qs=khihhs                   (9.4.3)

9.4.4 渗沟水力计算应符合以下规定:
    1 盲沟(填石渗沟)泄水能力Qc应按式(9.4.4-1)计算。

(9.4.4-1)

    式中:w——渗透面积(m2);
         km——紊流状态时的渗流系数(m/s),当已知填料粒径d(cm)和孔隙率n(%)时,按式(9.4.4-2)计算,也可参考表9.4.4确定。

(9.4.4-2)
不透水层的横向坡度较陡时的渗沟流量计算

图9.4.3 不透水层的横向坡度较陡时的渗沟流量计算
1-原地下水位;2-不透水层;3-坡面;4-设渗沟后地下水位;5-渗沟

    设每颗填料均为球体(体积= πd3),则N颗填料的平均粒径d(cm)可按式(9.4.4-3)计算。

(9.4.4-3)

    式中:γs——填料固体粒径的重度(kN/m3);
          G——N颗填料的重力(kN)。

表9.4.4 排水层填料渗透系数
排水层填料渗透系数

2 洞(管)式渗沟的泄水能力Qc应按式(9.2.2)计算。
9.4.5 渗沟埋置深度h2,应按式(9.4.5)计算,如图9.4.5所示。

h2=Z+p+ε+f+h3-h1             (9.4.5)

    式中:h2——渗沟埋置深度(m);
          Z——沿路基中线的冻结深度(m),非冰冻地区取0;
          p——冻结地区沿中线处冻结线至毛细水上升曲线的间距,可取0.25m;非冰冻地区路床顶面至毛细水上升曲线的距离,可取0.5m;
          ε——毛细水上升高度(m);
          f——路基范围内水力降落曲线的最大高度(m),与路基宽度B0及I0有关,可近似取f=B0/I0
          h3——渗沟底部的水柱高度(m),一般取0.3~0.4m;
          h1——自路基中线顶高计算的边沟深度(m)。

渗沟埋置深度计算

图9.4.5 渗沟埋置深度计算
H-地下水位高度;H0-隔水层高度;m1-渗沟边缘至路基中线的距离

9.4.6 渗井计算应符合以下规定:
    1 位于含水层内的单位长度渗井的流量Qs应按式(9.4.6-1)计算确定(图9.4.6)。

(9.4.6-1)
含水层内渗井的流量计算

图9.4.6 含水层内渗井的流量计算

    式中:hj——井内水深(m);
          hd——地下水位高于井底的高度(m);
          R——影响半径(m),可根据抽水试验确定,或用下列经验公式计算:

 S——抽水降深(m),即地下水位与井内水位的高差,对于渗水井:

S=hj-hd

          r0——渗井半径(m)。
    2 可据渗井的最大排水量(设计流量Qs),按式(9.4.6-2)估算渗井孔径D。

  (9.4.6-2)

    式中:Qs——设计流量(m3/s)。
    3 当需要排除的水量较多,单个井点的孔径又不宜过大时,可采取群井分担排水,井点的数量可按式(9.4.6-3)估算,且平面间距不宜大于两倍影响半径(2R)。

(9.4.6-3)

    式中:N——井点的数量(个);
          W——降低地下水所需的总排水量(m3);
         tp——达到预定下降水位所需的排水时间(h);
         Qs——单井的排水能力(m3/h);
         β——群井的相互干扰系数,一般取0.24~0.33。

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公路排水设计规范 JTG/TD33-2012
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