Осушение дорожной одежды и земляного полотна

Дренажная конструкция (дренирующий слой и водоотводящие устройства) необходима при традиционных конструкциях дорожных одежд со слоями из зернистых материалов на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов (пылеватых песков, непылеватых песков с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут, глинистых грунтов) во II дорожно-климатической зоне при всех схемах увлажнения рабочего слоя земляного полотна, в III зоне - при 2-й и 3-й схемах, в IV и V зонах только при 3-й схеме (табл. 12.44).

Схема увлажнения рабочего слоя	Источники увлажнения	Условия отнесения к данному типу увлажнения
	Атмосферные осадки	Для насыпей на участках 1-го типа местности по условиям увлажнения.
Для насыпей на участках местности 2-го и 3-го типов по условиям увлажнения при возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых и поверхностных вод или над поверхностью земли более чем в 1,5 раза превышающем требования табл. 12.45.
Для насыпей на участках 2-го типа при расстоянии от уреза поверхностной воды (отсутствующей не менее 2/3 летнего периода) более 5-10 м при супесях; 2-5 м при легких пылеватых суглинках и 2 м при тяжелых пылеватых суглинках и глинах (меньшие значения следует принимать для грунтов с большим числом пластичности; при залегании различных грунтов принимать большие значения).
В выемках в песчаных и глинистых грунтах при уклонах кюветов более 20 ‰ (в I- III дорожно-климатических зонах) и при возвышении поверхности покрытия над расчетным горизонтом грунтовых вод более чем в 1,5 раза превышающем требования табл. 12.45.
При применении специальных методов регулирования воднотеплового режима (капилляропрерывающие, гидроизолирующие, теплоизолирующие и армирующие прослойки, дренаж и т.п.), назначаемых по специальным расчетам.
	Кратковременно стоящие (до 30 сут) поверхностные воды, атмосферные осадки	Для насыпей на участках 2-го типа местности по условиям увлажнения при возвышении поверхности покрытия не менее требуемого по табл. 12.45 и не более, чем в 2 раза превышающем эти требования и при крутизне откосов не менее 1:1,5 и простом (без берм) поперечном профиле насыпи.
Для насыпей на участках 3-го типа местности при применении специальных мероприятий по защите от грунтовых вод (капилляропрерывающие слои дренаж), назначаемых по специальным расчетам, отсутствии длительно (более 30 сут) стоящих поверхностных вод и выполнении условий предыдущего абзаца.
В выемках в песчаных и глинистых грунтах при уклонах кюветов менее 20 ‰ (в I, II зонах) и возвышении поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых вод более чем в 1,5 раза превышающем требования табл. 12.45.
	Грунтовые или длительно (более 30 сут) стоящие поверхностные воды; атмосферные осадки	Для насыпей на участках 3-го типа местности по условиям увлажнения при возвышении поверхности покрытия, отвечающем требованиям табл. 12.45, но не превышающем их более чем в 1,5 раза. То же, для выемок, в основании которых имеется уровень грунтовых вод, расположение которого по глубине не превышает требований табл. 12.45 более чем в 1,5 раза.

Наименьшее возвышение поверхности покрытия

Грунт рабочего слоя	Наименьшее возвышение поверхности покрытия, м, в пределах дорожно-климатических зон
II	III	IV	V
Песок мелкий, супесь легкая крупная, супесь легкая	1,1/0,9	0,9/0,7	0,75/0,55	0,5/0,3
Песок пылеватый, супесь пылеватая	1,5/1,2	1,2/1,0	1,1/0,8	0,8/0,5
Суглинок легкий, суглинок тяжелый, глины	2,2/1,6	1,8/1,4	1,5/1,1	1,1/0,8
Супесь тяжелая пылеватая, суглинок легкий пылеватый, суглинок тяжелый пылеватый	2,4/1,8	2,1/1,5	1,8/1,3	1,2/0,8

Примечание. Над чертой - возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно (более 30 сут) стоящих поверхностных вод, под чертой - то же, над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно (менее 30 сут) стоящих поверхностных вод.

Схему увлажнения на участках дороги, где в придорожной полосе застаивается вода, определяют с учетом расстояния l_у от бровки земляного полотна до уреза воды, застаивающейся осенью в придорожной полосе. Величину безопасного расстояния l_у можно определить по специальной методике. При отсутствии фактических данных, необходимых для расчета, следует принимать l_у для супесей равной 10 м, для суглинков легких и пылеватых 3 м, для суглинков тяжелых и глин 2 м.

Дренажная система дорожной одежды включает: плоскостной горизонтальный дренаж, дополняемый, если требуется, прикромочным дренажом, а также поперечным дренажем мелкого заложения.

При устройстве всех слоев дорожной одежды из монолитных материалов в качестве плоскостного горизонтального дренажа при соответствующем технико-экономическом обосновании допускается применять вместо дренирующего слоя прослойку из геотекстиля толщиной не менее 4 мм с коэффициентом фильтрации не менее 50 м/сут с выпуском полотнищ на откосы насыпи на высоту не менее 0,5 м. Выбор геотекстиля в этом случае производится по специальным указаниям.

Проектирование мероприятий по дренированию дорожной одежды осуществляют в такой последовательности:

дорогу разделяют на типичные участки по виду продольного профиля и природным условиям (характер рельефа местности, наличие водотоков пересекающих дорогу и др.) с учетом особенностей конструкции земляного полотна (насыпь высотой, отвечающей СНиП, выемка, насыпь ниже требуемой по СНиП, переходный участок от насыпи к выемке) и дорожной одежды (наличие монолитных слоев основания, а также морозозащитных или теплоизоляционных слоев из укрепленных материалов), обеспеченности материалами для дренирующего слоя, дренажных труб и геотекстиля; осуществления мер по ограничению притока воды в дорожную конструкцию;

для типичных участков определяют количество воды, поступающей в основание за сутки и за расчетный период с учетом предусмотренных мер по ограничению притока воды в дорожную конструкцию;

обосновывают расчетом толщину дренирующего слоя, необходимую в данных условиях, или определяют, каким значением коэффициента фильтрации должен обладать дренирующий материал в заданной дренажной конструкции.

При проектировании дренирующего слоя требуется помимо осушения учитывать необходимость обеспечения сдвигоустойчивости самого зернистого материала и прочности всей дорожной конструкции.

Дренаж проектируют с учетом объема притока воды, поступающей в основание дорожной одежды в расчетный период, фильтрационной способности материала дренирующего слоя и конструкции земляного полотна.

Комбинированный плоскостной горизонтальный дренаж является универсальным мероприятием для большинства участков дорог.

Поперечный дренаж мелкого заложения устраивают для поперечного перехвата воды, движущейся в дренирующем слое вдоль дороги, на участках с продольным уклоном свыше 20 ‰, также с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные, в местах вогнутых вертикальных кривых и в местах уменьшения продольных уклонов.

Дренирующий слой, работающий по принципу «осушения», необходимо устраивать из песчаных грунтов или высокопроницаемой скелетной смеси (щебня или гравия) открытого типа (с незаполненными пустотами), отвечающих определенным требованиям по водопроницаемости, и укладывать этот слой под дорожной одеждой на всю ее ширину. При этом необходимо обеспечить выходы дренирующего слоя на откос. Дренирующий слой устраивают также с дренажными трубами для сбора и быстрого отвода воды за пределы земляного полотна. Следует предусматривать противозаиливающую защиту дрен и дренирующих слоев, а также недопущение замерзания воды в выпусках труб.

При устройстве дренирующих слоев, работающих по принципу «поглощения», требуется устраивать более мощные слои из песчаного грунта и принимать в расчет на прочность дорожной одежды значения прочностных характеристик песчаного грунта с учетом более продолжительного периода его нахождения в неблагоприятном расчетном состоянии.

Для устройства дренирующего слоя, работающего по принципу «осушения», следует применять материалы с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут. Материал с коэффициентом фильтрации 1-2 м/сут целесообразно применять на участках, где он одновременно выполняет дренирующие и морозозащитные функции.

Целью расчета дренажной конструкции является определение требуемой толщины дренирующего слоя из дискретных материалов. При проектировании дренирования дорожных одежд в районах сезонного промерзания грунтов учитываются два расчетных этапа работы дренажных конструкций. Первый относится к периоду, когда основание дорожной одежды под серединой проезжей части уже оттаяло, а дренирующий слой у ее краев находится еще в мерзлом состоянии и водоотводящие устройства не работают.

Второй расчетный этап относится ко времени, когда дренирующий слой полностью оттаял и водоотводящие устройства начали нормально работать.

В зависимости от конкретных условий дренаж может быть рассчитан на один из трех вариантов работы:

работа на осушение с периодом запаздывания отвода воды;

Полную толщину дренирующего слоя определяют по формуле:

h_нас - толщина слоя, полностью насыщенного водой, м;

h_зап - дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала и равная для песков крупных 0,10-0,12 м, средней крупности 0,14-0,15 м и мелких 0,18-0,20 м.

Во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,20 м.

Рис. 12.15. Номограмма для расчета толщины h_нас дренирующего слоя из песков мелких и средней крупности, а также крупнозернистых с коэффициентом фильтрации менее 10 м/сут. При односкатном поперечном профиле q' = q_pB, м³/м; при двускатном поперечном профиле q = 0,5 q_pB, м³/м; В - ширина проезжей части, м; L - длина пути фильтрации, м, равная В при односкатном профиле и 0,5 В при двускатном

Рис. 12.16. Номограмма для расчета дренирующего слоя из крупных песков с коэффициентом фильтрации более 10 м/сут:
L - длина пути фильтрации, м, равная В при односкатном профиле и 0,5 В при двускатном; i - поперечный уклон низа дренирующего слоя; К_ф - коэффициент фильтрации, м/сут

Для дренирующего слоя, работающего по принципу «осушения», величину h_нас устанавливают с помощью номограмм (рис. 12.15 и 12.16) в зависимости от длины пути фильтрации L и расчетной величины притока воды в дренирующий слой на 1 м² q_p, определяемой по формуле:

q - осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м² проезжей части, л/м² (табл. 12.46);

Осредненное количество воды, поступающей в дренирующий слой, q, л/м²

Дорожно-климатическая зона	Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна	Объем воды, поступающей в основание дорожной одежды, q, л/м²
Супесь легкая и песок пылеватый	Суглинок и глина	Суглинок пылеватый	Супесь пылеватая
II		15/2,5	20/2	35/3	80/3,5
		25/3	50/3	80/4	130/4,5
		60/3,5	90/4	130/4,5	180/5
III		10/1,5	10/1,5	15/2	30/3
		15/2	25/1	30/2,5	40/3
		25/2,5	40/2,5	50/3,5	60/4
IV и V		20/2	20/2	30/2,5	40/3

Примечания: 1. В числителе дан общий объем воды Q, л/м², поступающей в основание за весь расчетный период, в знаменателе - за сутки (q). Для насыпей, возведенных из непылеватых грунтов высотой более, чем требуется по СНиП (табл. 12.45), во II дорожно-климатической зоне принимают q = 1,5 л/м²×сут.

2. При наличии разделительной полосы для участков, проходящих в нулевых отметках, насыпей высотой менее, чем требуется по СНиП, во II зоне расчетные значения q повышают на 20 %.

К_п - коэффициент "пик", учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (табл. 12.47);

К_г - коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение фильтрационной способности дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (см. табл. 12.47);

Дорожно-климатическая зона	Схема увлажнения	К_п для непылеватых грунтов	Пылеватые грунты
К_п	К_г
II		1,5	1,5	1,0/1,0
		1,5	1,6	1,2/1,2
		1,6	1,7	1,3/1,2
III		1,4	1,5	1,0/1,0
		1,4	1,5	1,1/1,0
		1,5	1,6	1,2/1,1
IV и V		1,5	1,3	1,1/1,0

Примечания: 1. Для непылеватых грунтов К_г = 1,0.

2. В числителе указаны значения К_г для дорог I и II категорий, а в знаменателе - для III и IV категорий.

К_вог - коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, определяемый при одинаковом направлении участков профиля у перелома по номограмме рис. 12.17;

К_р - коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мер по регулированию водно-теплового режима (табл. 12.48).

Рис. 12.17. Номограмма для определения коэффициента К_вог увеличения объема воды в дренирующем слое в местах изменения вогнутого профиля:
i ₁, i ₂ - продольные уклоны выше и ниже перелома профиля; К_ф - коэффициент фильтрации, м/сут; п - коэффициент пористости дренирующего слоя

Коэффициент уменьшения притока воды в дренирующий слой К_р

Мероприятие	Дорожно-климатическая зона	Грунт
Супесь	Легкий суглинок	Тяжелый суглинок, глины
Укрепление обочин (по отношению к неукрепленным) в условиях 1-й схемы увлажнения	II	0,45	0,30	0,15
III	0,40	-	-
IV	0,35	-	-
Монолитные слои основания с пористостью материала до 5 %	I, II, III	0,10	0,10	0,10

Полную толщину дренирующего слоя, работающего по принципу «поглощения», определяют по формуле:

Q - расчетное количество воды, л/мг, накапливающейся в дренирующем слое за весь расчетный период (см. табл. 12.46);

j_зим - коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (табл. 12.49);

Толщина дренирующего слоя, см	Значение j_зим во II дорожно-климатической зоне при пористости п, равной
	0,4	0,36	0,32	0,28
До 20	0,4	0,5	0,6	0,7
20-40	0,35	0,4	0,5	0,6
Более 40	0,3	0,35	0,45	0,55

Примечание. В III дорожно-климатической зоне величину j_зим следует уменьшить на 20 %.

Дренирующий слой в конструкции с прикромочным дренажем, усиливающим процесс движения воды в песке мелком и средней крупности, рассчитывают с помощью номограмм (рис. 12.18).

Рис. 12.18. Номограмма для расчета дренирующего слоя в конструкции с прикромочным дренажем:
а - мелкий песок; б - песок средней крупности

По номограммам на рис. 12.15, 12.16 и 12.18 можно также определять требуемые значения коэффициента фильтрации дренирующего слоя при известных других параметрах дренажной конструкции.

Полную толщину дренирующего слоя, м, работающего по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды, достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания, определяют по формуле:

Т_зап - средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств, принимаемая для II дорожно-климатической зоны равной 4-6 сут, для III дорожно-климатической зоны равной 3-4 сут (большее значение -для мелких песков);

j_зим - коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (см. табл. 12.49);

q_p - расчетное значение воды, поступающей за сутки (формула 12.13).

На участках, где длина пути фильтрации L > 10 м, дренирующий слой должен быть рассчитан на поглощение всего количества воды, поступающей за весь расчетный период.

За длину пути фильтрации принимают половину ширины дренирующего слоя при двускатном поперечном профиле и полную ширину дренирующего слоя при односкатном.

ГЛАВА 13. КОНСТРУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ЖЕСТКИХ ДОРОЖНЫХ ОДЕЖД