ГОСТ Р 59983-2022. Национальный стандарт Российской Федерации. Дороги автомобильные общего пользования. Сооружения противоналедные. Правила проектирования

Приложение Г

(рекомендуемое)

 

МЕТОДИКА ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ВЫПУСКА ВОДЫ

ИЗ ЗАКРЫТОГО ДРЕНАЖА

 

Г.1 Расчет выпуска воды

 

Расчет выполняют в такой последовательности:

Г.1.1 Определяют термическое сопротивление трубопровода отводной линии, R, м²·°C/Вт:

 

, (Г.1)

 

где - коэффициент теплопроводности мерзлого грунта, Вт/м·°C,

h_пр - приведенная глубина заложения трубопровода на участке отводной линии, м; определяют по формуле

 

, (Г.2)

 

где h - глубина заложения трубопровода от поверхности земли, м;

, - толщина, м, и коэффициент теплопроводности снежного покрова, Вт/м·°C;

, - толщина, м, и коэффициент теплопроводности слоя теплоизоляции траншеи, Вт/м·°C;

d_т - диаметр талика вокруг трубопровода, м;

D - наружный диаметр трубопровода, м;

- коэффициент теплопроводности талого грунта, Вт/м·°C.

Г.1.2 Назначают вариант открытого выпуска с конструкцией выпускного оголовка в виде трубопровода под обваловкой со скошенным торцом и подпорной стенкой со стороны водоотводной канавы (рисунок Г.1, а).

Размеры этой конструкции выпускного оголовка определяют из условия

 

R_в >= R, (Г.3)

 

где R_в - термическое сопротивление трубопровода на участке выпуска, м²·°C/Вт;

 

, (Г.4)

 

где R_в(об) и R_вн - термическое сопротивление теплопередаче соответственно в атмосферу через обваловку трубопровода и подземного трубопровода в окружающий грунт, м²·°C/Вт;

- эффективный угол рассеивания тепла трубопровода в атмосферу, учитывающий влияние подпорной стенки, град.

Величину R_в(об) определяют по формуле

 

(Г.5)

 

где , , - толщина слоя, м, соответственно - грунта, наружной теплоизоляции конструкции и снега (см. рисунок Г.1, б);

- коэффициент теплоотдачи поверхности, принимаемый равным 20 ккал/ч·м²·°C (23,2 Вт/м²·°C).

 

 

а - конструкция оголовка выпуска открытого типа;

б - схема к определению угла ; 1 - трубопровод;

2 - теплоизоляция трубы; 3 - грунт обваловки;

4 - теплоизоляция обваловки; 5, 6 - застенная и съемная

теплоизоляция; 7 - подпорная стенка; 8 - откос водоотводной

канавы; 9 - откос земляного валика; 10 - снежный покров

 

Рисунок Г.1 - Схемы к теплотехническому расчету дренажа

 

Величину R_вн определяют по формуле

 

, (Г.6)

 

где d_из.т - приведенная глубина заложения трубопровода на выпуске, м.

 

, (Г.7)

 

где - наружный диаметр теплоизоляции трубопровода, м;

- коэффициент теплопроводности льда, Вт/м·°C;

D_л - диаметр, м, живого сечения водного потока трубопровода, оледеневающего на участке l_в

 

D_л = 0,277Q^0,4-0,2i_в >= 0,02 - 0,03 м, (Г.8)

 

где Q - расход дренажа в расчетный период, м³/с,

i_в - гидравлический уклон напорного оледеневшего трубопровода на выпуске, 

 

, (Г.9)

 

где i - уклон местности по трассе отводной линии, ;

l - полная длина трубопровода отводной линии, м;

l_в - длина конструкции выпуска, в пределах которой возможно внутреннее оледенение трубопровода отводной линии, м.

Принимают l_в = 2H, где H - максимальная высота обваловки трубопровода. Эффективный угол определяют по формуле

 

, (Г.10)

 

где - фактический угол рассеивания; определяют графическим построением по схеме (см. рисунок Г.1, б), град;

K - безразмерный коэффициент влияния подпорной стенки

 

, (Г.11)

 

F_ст - площадь поверхности подпорной стенки, вступающей в теплообмен с атмосферой, м²;

R_ст - сопротивление теплопередаче через плоскую стенку, м²/°C·Вт,

 

. (Г.12)

 

Г.1.3 По расходу и температуре воды в дренаже, соответствующим зимнему критическому периоду, определяют длину отводной линии l. Для этого методом последовательных приближений решают относительно l уравнение

 

, (Г.13)

 

где t_вып - температура воды на выпуске, °C;

K₁, K₂ - размерные коэффициенты, равные 5,433 Вт/м⁴ и 1160 Вт/м °C;

Q - расход дренажа, м³/ч;

t_дрен, t_г - температура соответственно воды в дренаже и грунта в естественных условиях на глубине заложения оси;

t_ср - средняя температура среды трубопровода на выпуске, °C.

Температуру воды на выпуске задают в пределах от 0,05 до 0,1 °C. Среднюю температуру среды трубопровода на выпуске определяют по формуле

 

, (Г.14)

 

где t_в, t_гв - температура соответственно воздуха в расчетный период и грунта на глубине заложения трубопровода выпуска, °C.

Значения температуры грунта t_г на глубине h заложения трубопровода отводной линии и t_гв на глубине заложения трубопровода выпуска определяют по данным многолетних наблюдений (за срок не менее 10 лет), а при их отсутствии - теплотехническим расчетом.

Если при различных вариантах значений расчетных параметров, входящих в формулу (Г.13), длина отводной линии не превышает 5 - 10 м и по условиям местности устройство открытого выпуска на этом расстоянии оказывается неудобным, переходят к проектированию закрытого выпуска типа поглощающей траншеи, заполненной обратным каменным фильтром, которая должна поглощать расход воды, сбрасываемой дренажем в критический период. При этом учитывают увеличение свободной пористости грунта и возрастание потерь воды траншеей в грунт по мере снижения уровня грунтовых вод в связи с прекращением их инфильтрационного питания.

 

Г.2 Расчет отверстий дренажных труб

 

Число отверстий на 1 м трубы определяют по формуле

 

, (Г.15)

 

где Q_др - водозахватная способность трубчатого дренажа, которая должна быть несколько больше удельного дебита дренажа;

k - коэффициент запаса на зарастание отверстий в процессе эксплуатации, равный 1,5 - 2;

W - площадь отверстия;

g - ускорение свободного падения тела;

H - потери напора при истечении через отверстие. Эти потери, как нежелательные для работы дренажа, должны быть как можно меньше, поэтому в расчетах можно принимать H = 1 - 5 см;

- коэффициент расхода отверстий, принимаемый в пределах 0,2 - 0,6 в зависимости от отношения (d₁₇ - диаметр частиц грунта или обсыпки, меньше которых по объему должно быть 17%; t - диаметр круглого отверстия или ширина прямоугольного отверстия - щели).

 

	0,4	0,6	0,8	1,0	1,25	1,5	2	3	5	8
	0,27	0,24	0,22	0,2	0,25	0,3	0,37	0,46	0,56	0,6