Провідна мережа

Провідна мережа призначена для прийому надлишкових поверхневих та ґрунтових вод з регулюючої і огороджуючої мереж і своєчасного їх відведення у водоприймач.

До складу провідної мережі входять магістральні канали та їхні відгулуження, транспортуючі збирачі, відкриті і закриті колектори.

Канал - штучне русло правильної геометричниї форми з похилом дна і безнапірним рухом води.

Відкриті провідні канали частково приймають надлишкову воду безпосередньо з осушуваної території. Але більша частина води надходить у провідну мережу через регулюючу і огороджуючу мережі. І лише у деяких випадках (наприклад, вузькі заплави або болота з потужністю торфу до 1, 5 м, які підстилаються добре водопроникними пісками) більш глибокі відкриті провідні канали можуть знижувати ґрунтові води на необхідну глибину без влаштування додаткової регулюючої мережі.

Велика провідна мережа виконується відкритою, а менша — закритою (на ділянках гончарного дренажу) або відкритою (на потужних торфовищах, що осушуються кротовим дренажем).

Магістральний канал з'єднує осушувальну систему з водоприймачем і є найвідповідальнішою частиною провідної мережі. При проектуванні його у плані необхідно додержувати таких правил.

1. Магістральний канал повинен приймати воду з будь-якої ділянки осушуваної території. Тому його прокладають по найнижчих відмітках осушуваної площі і по тальвегах. На болотах з потужними торфовищами магістральний канал проектують переважно по місцях з найбільшою глибиною торфу для того, щоб після осідання торфу його траса проходила по найнижчих ділянках «майбутнього рельєфу» болота.

2. Магістральний канал повинен мати по можливості найменшу довжину. Для цього його трасу намічають за напрямком найбільших похилів поверхні землі.

3. Якщо посередині осушуваної території протікає річка, магістральний канал проектують по руслу річки. При наявності звивистих ділянок намічають випрямлення їх з метою зменшення довжини магістрального каналу і утворення порівняно вирівняних осушуваних ділянок.

4. Магістральний канал повинен мати найбільшу стійкість на розмив та замулення. Цій вимозі відповідає трасування каналу по найстійкіших ґрунтах в напрямку течії паводкових вод. За такими ж міркуваннями магістральний канал намагаються прокладати по можливості повністю у торф'яному ґрунті, обходячи піщані ґрунти та замулені озера, що зустрічаються на шляху каналу.

5. Магістральний канал повинен впадати у водоприймач у тому місці де є стійкі і прямолінійні береги, а також достатня пропускна здатність русла.

При проектуванні траси магістрального каналу необхідно враховувати розміщення на даній території населених пунктів, границь землекористувачів та угідь, доріг і лісонасаджень.

Бокові провідні канали (транспортуючі збирачі і відкриті колектори) проектують у плані також по пониженнях місцевості, по границях господарств і полів сівозмін, вздовж доріг і лісових смуг.

Відстань між провідними каналами визначається умовами розміщення на осушуваній території закритої осушувальної мережі. Для створення умов для використання сучасних сільськогосподарських машин відстань між відкритими колекторами приймають не менше 200…300м.

Транспортуючі збирачі звичайно проектують з відстанями від 800 до 1500м, а відкриті колектори – через 250…400м. При цьому осушувальні ділянки між відкритими каналами будуть мати площу від 30 до 60 га.

Розміщення осушувальної мережі у плані і у вертикальній площині необхідно також пов’язувати з підземними комунікаціями (водо-, газо-, і нафтопроводами, кабелями та ін.), проходами під мостами залізниць та шосейних доріг, з наземними лініями електропередач.

Всі канали у плані повинні бути прямолінійними з мінімальною кількістю поворотів. Допускаються кути поворотів до 60...80°. На поворотах канали закруглюються радіусом =10В для незакріплених русел і = 5В для закріплених русел, де — ширина каналу по верху.

Спряження у плані невеликих бокових каналів між собою і з великими каналами роблять під прямим кутом; з умов обробки ґрунту допускається мінімальний кут 60°. Великі канали між собою краще з'єднувати під кутом 60°, а з водоприймачем — під кутом 45°.

Під магістральні канали та їх вітки відводяться смуги, що дорівнюють ширині каналу по верху і п'ятиметровим смугам для проїзду з кожного боку каналу. Вздовж відкритих колекторів, як правило, проїзди не передбачаються і смуги відчуження приймаються шириною до 1 м; вздовж транспортуючих збирачів передбачається з одного боку смуга для проїзду — 5 м, а з другого — смуга без проїзду — 1 м.

Закриті колектори проектують у першу чергу по тальвегах та інших пониженнях місцевості. При великій довжині схилів на них призначаються додаткові колектори на відстанях від 200 до 400 м, що забезпечують одно- або двостороннє підключення дрен. Якщо по тальвегах і улоговинах спостерігається значний поверхневий стік (при площі водозбору понад 15 га), то трасу колектора зміщують від осі тальвегу на вище місце (10...20 см) для того, щоб не розмивалась траншейна засипка. При більших дренажних витратах і відсутності труб великого діаметра іноді проектують два паралельних колектори з відстанями 10...15 м.

Конструкції каналів і форма поперечного перерізу їх повинні забезпечувати найбільшу стійкість і максимальну пропускну здатність.

Форма поперечного перерізу осушувальних каналів може бути трапецієвидною або параболічною (рис. 2.20).

 

 

Рис. 2.20. Поперечний переріз осушувальних каналів

 

а – трапецієвидної форми; б – параболічної форми

 

Для більшості осушувальних каналів приймають простішу і зручнішу у будівництві та експлуатації трапецієвидну форму поперечного перерізу. Для забезпечення стійкості каналів їх укоси повинні бути не крутіші кута природного укосу ґрунту у насиченому водою стані і при природному зчепленні його часточок. Якщо запроектувати крутіші укоси, то при насиченні ґрунту водою можуть спостерігатись опливан­ня їх у зоні виходу фільтраційного потоку або навіть зсуви.

Проте канал трапецієвидної форми має неоднакову стійкість за глиби­ною — у верхній частині його, де ґрунти сухіші, укоси можуть бути крутішими, а у нижній частині каналу, особливо у зоні виходу ґрунтових вод, стійкість укосів різко знижується.

Рівностійкішому поперечному перерізу відповідає параболічна форма, при якій коефіцієнт закладання відкосів збільшується за глибиною, і тим більше, чим більший параметр параболи р.

Необхідне значення параметра параболи р приймається не менше 4...8 і визначається з рівняння .

Ширина каналу параболічного перерізу визначається за формулою , а фактичне закладання укосів на будь-якій глибині:

 

(2.18)

 

У цих формулах - допустимий для розглянутих грунтів коефіцієнт закладання укосів; - глибина води у каналі при побутових або меженних витратах, м; - ширина перерізу каналу на глибині , рахуючи від дна, м.

Поперечний переріз параболічної форми приймається для великих осушувальних каналів (при > 5 м) і водоприймачів, що проходять у слабкостійких ґрунтах.

Якщо осушувальні канали проходять у слабкостійких ґрунтах (пісках, пливунах, мулах та ін.), мають невеликі розміри і трапецієвидний переріз, то для попередження деформацій біля підошви їхніх укосів проектують плотові або дощаті стінки висотою 0, 2... 0, 3 м, проводять укладання на дно каналу залізобетонних лотоків, влаштування за бровкою каналу розвантажувальних дрен та ін. Крім того, для надання більшої стійкості будь-яким осушувальним каналам їх укоси закріплюють дерном, камінням, пористими залізобетонними плитами. Найпростішим способом закріплення укосів є сівба багаторічних трав.

Для забезпечення стійкості русла каналу також необхідно, щоб середні по живому перерізу швидкості руху води в них були у межах від мінімально допустимих з умови незамулюваності русла до максимально допустимих з умови нерозмиваності русла : ≤ v ≤ .

У земляних незакріплених руслах максимальні допустимі швидкості руху води (при гідравлічному радіусі потоку = 1м) приймають такі, м/с: для мулів - 0, 15...0, 30; для пісків - 0, 4...0, 9; для глин - 0, 9...1, 2; для торфів добре розкладених - 0, 5...0, 7; середньо-розкладених - 0, 7... 1, 1; слабкорозкладених - 1, 1...1, 4.

Для закріплених русел середні нерозмиваючі швидкості такі: для залізобетонних плит - 10...15; для камінної накидки у плотових клітках - 3...4; для камінного мощення - 2, 5...3, 5; при суцільному одернуванні укосів - 1, 5 м/с.

При гідравлічному радіусі потоку, який не дорівнює 1 м, розрахункова допустима швидкість визначається за залежністю:

(2.19)

 

Мінімальна незамулююча швидкість руху води приймається 0, 2 м/с.

Перевірку максимальних допустимих швидкостей води виконують при паводкових витратах, а на заплавах - при русі води у руслі повним перерізом. Мінімальні допустимі швидкості перевіряють при побутових або меженних витратах. У невеликих осушувальних каналах побутові витрати і швидкості руху води можуть знижуватись до 0 і умова додержання не завжди виконується.

Проектні похили каналів повинні бути такими, при яких швидкості руху води в них були б у допустимих межах. Тоді,

 

; (2.20)

 

, (2.21)

 

де і - мінімальний та максимальний допустимі похили каналу; - швидкісний коефіцієнт; - гідравлічний радіус, м.

Проектні похили магістральних каналів приймаються у межах від 0, 0002 до 0, 001. Похили дна бокових провідних каналів звичайно приймають такими, що дорівнюють похилу поверхні землі по трасі каналу, але не менше 0, 0003.

При проектуванні спряження у вертикальній площині і визначенні розмірів поперечного перерізу провідні канали залежно від площі водозбору поділяються на дві категорії: 1) канали площею водозбору понад 5 км² називаються гідравлічно розрахунковими, для таких каналів встановлюються розрахункові витрати і пов'язування їх у вертикальній площині виконується за розрахунковими горизонтами води; 2) канали площею водозбору менше 5 км² називаються не розрахунковими і пов'язування їх у вертикальній площині виконується по дну каналів.

Спряження каналів між собою, з закритим дренажем і з водоприймачем у вертикальній площині викопують за такими схемами.

 

 

Рис. 2.21. Спряження осушувальних каналів у вертикальній площині

 

а – закритого дренажу з відкритим каналом; б – нерозрахункових каналів; в – бічного нерозрахункового каналу з розрахунковим старшим каналом; г – розрахункових каналів

 

Перша схема. При спряженні закритого дренажу з відкритими провідними каналами дно будь-яких (гідравлічно розрахункових і не розрахункових) каналів повинно розміщуватись нижче гирла дрен і колекторів, що до нього прилягають, не менше як на 0, 3...0, 5 м, а для гідравлічно розрахункових каналів, крім того, побутовий або меженний горизонт води в них повинен розміщуватись нижче гирла дрен і колекторів не менше як на 0, 1...0, 2 м (рис. 2.21 ).

Друга схема. Спряження між собою двох розрахункових каналів (наприклад, відкритих колекторів з транспортуючими збирачами) виконують так, щоб дно старшого (того, що приймає воду) каналу містилось нижче дна молодшого (впадаючого) каналу не менше як на 0, 2...0, 3 м (рис. 2.21).

Третя схема. Спряження молодших нерозрахункових каналів з старшими гідравлічно розрахунковими каналами (наприклад, транспортуючих збирачів з магістральним каналом) виконується так, щоб побутовий або меженний горизонт води у старшому каналі був на рівні або нижче дна впадаючого нерозрахункового каналу (рис. 2.21 ). Перепад між дном впадаючого каналу і побутовим горизонтом води у приймаючому каналі може бути від 0 до 1...2 м; краще спряження забезпечується при перепаді 0, 2...0, 3 м. Якщо перепад перевищує 0, 6...0, 7 м, місце спряження каналів для запобігання розмиву необхідно закріпити.

Четверта схема. Спряження великих гідравлічно розрахункових каналів між собою і з водоприймачем викопують так, щоб горизонти води у старшому каналі або водоприймачі розміщувались на рівні відповідних горизонтів води у молодшому каналі або трохи нижче їх. При цьому для запобігання розмивів перепад горизонтів води не повинен перевищувати 0, 2...0, 3 м (рис. 2.21 ). Ця умова обов'язкова при побутових витратах і бажана при максимальних втратах.

Розміри поперечного перерізу нерозрахункових каналів, що мають площу водозбору менше 5 км², приймаються мінімальними. Форма поперечного перерізу встановлюється трапецієвидна (див. рис. 2.20 ).

Для каналів, що проектуються, ширина по дну визначається габаритними розмірами робочих органів землерийних машин і приймається звичайно 0, 6 м. При реконструкції існуючих каналів ширина по дну приймається - 1, 0...1, 5 м. Закладання укосів встановлюється залежно від виду ґрунту.

Глибина нерозрахункових каналів визначається їх призначенням і умовами спряження у вертикальній площині, вона приймається такою:

(2.22)

(2.23)

де — розрахункова глибина відкритих колекторів, м; — розрахункова глибина транспортуючих збирачів, м; — глибина закладання закритих дрен і колекторів у гирлі, для кротових дрен приймається в межах 0, 9...1, 2 м, для гончарних колекторів— 1, 1... 1, 4 м.

Звичайно глибину відкритих колекторів приймають у межах 1, 2...1, 6 м, а транспортуючих збирачів — 1, 5...2, 0 м. У торф'яних ґрунтах будівельну глибину каналів приймають більше розрахункової на величину осідання торфу.