Система поверхностного и подземного дорожного водоотвода

Система дорожного водоотвода состоит из ряда сооружений и отдельных конструктивных мероприятий, предназначенных для предотвращения переувлажнения земляного полотна. Они служат для перехвата и отвода воды, поступающей к земляному полотну, или для преграждения доступа ее в верхнюю часть земляного полотна. В результате их действия должен быть обеспечен постоянный благоприятный режим влажности грунтовых оснований дорожных одежд.

Поверхностный водоотвод. Для надежного отвода поверхностной воды поперечному профилю земляного полотна и дорожной одежде придают выпуклое очертание; планируют и укрепляют обочины; устраивают прикромочные и поперечные лотки и боковые водоотводные канавы (кюветы); в некоторых случаях используют резервы и закладывают испарительные бассейны; устраивают нагорные канавы, перехватывающие воду, стекающую по склонам местности к дороге; на дорогах низших категорий применяют переливные насыпи и лотковые сооружения; для пропуска водотоков и воды из боковых канав под земляным полотном строят мосты и трубы; применяют другие сооружения, позволяющие отвести воду в сторону от земляного полотна.

При необеспеченном отводе поверхностной воды и возможном застое ее вблизи дороги в течение длительного времени назначают такое возвышение поверхности покрытия над расчетным уровнем грунтовых или длительно стоящих поверхностных вод (а также над поверхностью земли на участках с необеспеченным стоком), чтобы капиллярное поднятие не достигало верхних слоев грунтового основания дорожной одежды. Возвышение поверхности покрытия - наиболее эффективный способ обеспечения прочности дорожных одежд. Повышение же земляного полотна при современных средствах механизации, как правило, не вызывает существенных затруднений и заметного удорожания стоимости строительства.

Поперечный уклон, придаваемый поверхности покрытия от середины к обочинам, зависит от типа покрытия (см. разд. 8.6). Чем меньше ровность поверхности покрытия, тем больше поперечный уклон ему придают, так как вода, испытывая сопротивление стеканию, может застаиваться в местных понижениях и просачиваться в покрытие и под него. Однако требования удобства движения автомобилей вынуждают ограничивать крутизну поперечного уклона минимальным значением, обеспечивающим сток воды.

Обочинам придают больший поперечный уклон, чем покрытию, так как при эксплуатации на их поверхности могут появляться неровности, вызываемые заездом автомобилей в неблагоприятную погоду, а застои воды на грунте обычно приводят к переувлажнению земляного полотна.

На участках дорог I-III категорий с продольными уклонами более 30 ‰ для защиты обочины предусматривают продольные лотки (лотковый профиль) со сбросом воды по откосу при помощи специальных устройств через каждые 50-100 м. Однако в ряде случаев наблюдается переполнение лотков и размыв лотковых сбросов по откосам насыпей.

В пределах населенных пунктов, где вероятны частые заезды автомобилей на обочины, поверхность обочин укрепляют гравием, щебнем, шлаком, местными слабыми каменными материалами или обрабатывают вяжущими. Если обочины не укреплены или вдоль краев покрытий нет укрепленных полос, условия работы краев покрытия резко ухудшаются, что часто вызывает их обламывание.

Для отвода воды от земляного полотна служат боковые, водоотводные, нагорные и осушительные канавы (рис. 15.1).

Рис. 15.1. Виды различных водоотводных канав:
а - канавы, совмещенные с боковыми резервами; б - трапецеидальные и треугольные боковые канавы; в - нагорные канавы у выемок;
1 - кювет-резерв; 2 - берма; 3 - резерв; 4 - банкет; 5 - нагорная канава; 6 - отвал

Боковые канавы (кюветы) устраивают в выемках и у насыпей с небольшими рабочими отметками. Они служат для отвода воды, стекающей во время дождя и таяния снега с поверхности дороги и прилегающей к ней местности. Эти канавы способствуют осушению верхней части земляного полотна в связи с испарением влаги с их внутренних откосов. Однако положительное действие боковых канав сказывается лишь при быстром удалении из них воды. При необеспеченном отводе воды и длительном ее застое канавы, напротив, становятся источниками проникновения воды в земляное полотно и его переувлажнения.

При водопроницаемых грунтах и недостаточно удовлетворительных условиях поверхностного стока боковым канавам придают трапецеидальное сечение с шириной по дну 0,4-0,5 м и глубиной до 0,7-0,8 м, считая от бровки насыпи. Откосам канав в выемках придают заложение 1:1,5-1:3, а у низких насыпей внутренний откос устраивают с заложением 1:3-1:4.

Если земляное полотно возводят в сухих местах с быстрым стоком поверхностных вод и грунтовые воды расположены глубоко, боковые канавы устраивают в виде треугольных лотков глубиной не менее 30 см. Крутизна откосов лотков 1:3-1:4 дает автомобилям, в случае необходимости, возможность съезжать с дороги. При водопроницаемых песчаных, щебенистых и гравелистых грунтах, обеспечивающих быстрое впитывание воды в любое время года, водоотводные канавы не устраивают.

В прочном скальном грунте делают треугольные лотки глубиной не менее 0,3 м с внутренним откосом 1:3 и внешним откосом 1:1 - 1:0,5 в зависимости от вида грунта. Глубину канав в равнинной местности назначают по опыту эксплуатации в указанных выше пределах, проверяя, в случае необходимости (при притоке воды с окружающей местности), пропускную способность канав гидравлическими расчетами.

Вероятность паводка принимают в зависимости от категории дороги. При этом глубину канав назначают таким образом, чтобы низ дренажных устройств дорожных одежд возвышался над дном канавы не менее чем на 20 см.

При гидравлических расчетах канав исходят из следующих вероятностей превышения расчетных паводков:

Категория дороги............................................................I и II III IV и V

Вероятность превышения, %.......................................... 1 2 3

Вода из боковых канав должна выводиться в пониженные места не реже чем через 500 м. Если дорога проходит по склону для вывода воды из канавы, расположенной с нагорной стороны, под земляным полотном прокладывают перепускные трубы. В местах перехода дороги из выемки в насыпь канавы отводят с нагорной стороны в резерв, а с низовой выводят в сторону от выемки с надлежащим укреплением.

Для стока воды по резерву дно его по окончании земляных работ тщательно планируют с уклоном 20 ‰ от насыпи. Резервам, ширина которых превышает 6 м, придают вогнутый профиль с уклонами к середине. При продольном уклоне резерва менее 5 ‰ для лучшего отвода воды в середине резерва делают канаву шириной по дну 0,4-0,5 м. Канавы, отводящие воду из резервов, должны быть обязательно укреплены против размыва.

Запрещается пропуск воды через выемку из кюветов на вышележащем участке насыпи. Верховой кювет должен быть выведен на нагорную канаву у выемки, а низовой отведен в сторону от дороги.

Водоотводные канавы предназначаются для выпуска воды из кюветов или находящихся недалеко от дороги котловин в расположенные поблизости пониженные места. Сечение водоотводных канав обычно принимают равным сечению тех канав, из которых отводится вода. Для лучшего пропуска воды и уменьшения объемов земляных работ откосы водоотводных канав следует устраивать наибольшей крутизны, допустимой по условиям устойчивости грунтов.

Во избежание размыва и заиления водоотводные канавы сопрягают с естественными водотоками по плавной кривой с радиусом, не меньшим десятикратной ширины канавы поверху.

Нагорные канавы служат для перехвата воды, стекающей по косогору к дороге и для отвода ее к ближайшим водопропускным сооружениям, в резервы и пониженные места рельефа.

Нагорным канавам придают трапецеидальное сечение, размеры которого обосновывают гидравлическим расчетом. При расчете учитывают увеличение бассейна канавы по мере удаления от водораздела. Поэтому сечение нагорных канав подбирают по отдельным участкам по мере возрастания площади водосборных бассейнов. С учетом экономической целесообразности вместо одной большой могут быть устроены две параллельные нагорные канавы меньшего сечения на некотором расстоянии одна от другой.

Нагорные канавы трассируют на местности с такими продольными уклонами, при которых вода не размывала бы грунт.

Во избежание оплывов или оползания откосов выемок в местах переувлажнения грунтов, которое может возникнуть в результате случайного засорения нагорных канав, расстояние этих канав от края выемки должно быть не менее 5 м. На косогорах с крутизной менее 1:5 грунт из нагорных канав используют для устройства невысокого валика (банкета) между выемкой и нагорной канавой. Банкет предохраняет дорогу от затопления при переполнении нагорной канавы.

По боковым, водоотводным и нагорным канавам вода стекает со скоростью, зависящей от их продольного уклона, поперечного профиля, величины шероховатости стенок и от глубины потока. При скорости течения, меньшей 0,4-0,5 м/с, взвешенные в воде грунтовые частицы выпадают из потока и образуют отложения наносов. Канава засоряется и в ней происходит застой воды.

Для предотвращения этого канавам придают продольный уклон, который должен быть не менее 5 ‰ в I-III и 3 ‰ в IV-V дорожно-климатических зонах. Если этому требованию удовлетворить нельзя, рабочую отметку насыпи увеличивают, чтобы поверхность покрытия заметно возвышалась над уровнем длительного стояния поверхностных вод.

На участках дорог с большими продольными уклонами боковые канавы укрепляют по гидравлическому расчету, исходя из количества воды, притекающей к отдельным участкам канавы с дороги и прилегающей местности. Расчет ведут по отдельным участкам, учитывая постепенное увеличение расхода по длине канавы.

В тех случаях, когда сечение канав назначают не по гидравлическому расчету, тип укрепления принимают в зависимости от продольного уклона на основе многолетней практики (табл. 15.1).

Таблица 15.1.

Продольные уклоны канав

Типы укрепления	Уклоны, ‰
в песчаных грунтах	в суглинистых грунтах
Без укрепления	До 10	До 20
Одерновка	10-30	20-30
Мощение	30-50	30-50
Перепады и лотки	>50	>50

На больших уклонах дну канав придают ступенчатый продольный профиль, устраивая перепады из сборных железобетонных элементов, бетона, укладываемого на месте, каменной кладки, а на сельских дорогах - плетней и гравийной засыпки. Прилегающие к перепаду участки дна канавы укрепляют мощением. Между перепадами дну канавы придают уклон, не требующий укрепления или соответствующий принятому типу укрепления.

В равнинной местности степных районов IV-V дорожно-климатических зон, когда нельзя отвести воду от дороги по боковым и водоотводным канавам в естественные понижения рельефа, устраивают в стороны от дороги испарительные бассейны. Эти бассейны представляют собой котлованы, вокруг которых делают земляные валики для того, чтобы преградить доступ воды с окружающей местности. Иногда вместо специальных испарительных бассейнов можно использовать резервы глубиной до 0,4 м, которые располагают на большем расстоянии от дороги, чем обычно.

Вместимость одного испарительного бассейна не должна превышать 200-300 м³, глубина - 1,5 м, а уровень воды должен быть на 0,6 м ниже бровки земляного полотна. Расчет испарительных бассейнов сводится к подбору такой их вместимости, при которой количество влаги, стекающей с земляного полотна во время дождя, успевало испариться за период между дождями. Испарительные бассейны устраивают лишь в местностях, где климатические условия (небольшое количество осадков, высокая средняя годовая температура воздуха и сильные ветры) способствуют высокой испаряемости. В северных и центральных районах Европейской части Российской Федерации, характеризующихся слабой испаряемостью или водонепроницаемыми грунтами, они лишь способствуют заболачиванию местности.

Для испарительных бассейнов необходим дополнительный отвод земли. Если за ними постоянно не ухаживать, они зарастают сорняками и становятся источниками засорения прилегающих полей. Поэтому на участках с затрудненным водоотводом всегда целесообразно проектировать земляное полотно в насыпях с таким возвышением бровок, при котором отпадает необходимость в устройстве канав и испарительных бассейнов.

Прикромочные, дождеприемные и поперечные водосбросные лотки с водобойными устройствами на выходе из них применяют для отвода воды с поверхности проезжей части и разделительной полосы внегородских автомобильных дорог I-III категорий. Как правило, эти сооружения устраивают из типовых сборных железобетонных блоков, а в отдельных случаях и из монолитного бетона.

Прикромочные лотки располагают вдоль кромки проезжей части или остановочной полосы дороги. Они имеют треугольное поперечное сечение шириной 75(50) см и глубиной 7-9 см.

Из прикромочных лотков воду отводят в водосбросные лотки дождеприемными (переходными, сопрягающими) лотками, также состоящими из типовых элементов. Эти лотки имеют очертания соответствующие направлению продольных уклонов. На участках спусков дороги применяют дождеприемные лотки несимметричного, а в пониженных местах симметричного очертания в плане.

Из дождеприемных лотков воду сбрасывают по откосам телескопическими водосбросными лотками (быстротоками), состоящими из железобетонных элементов заводского изготовления. Для предохранения подошвы насыпи от размыва в конце этих лотков устраивают укрепленные бетонными плитами (размером 49´49´8 см) площадки шириной по 2 м, за которыми устанавливают бетонную стенку в качестве гасителя энергии потока.

Все места сопряжения и швы между сборными железобетонными элементами заполняют монолитным бетоном.

Водопропускные сооружения устраивают в местах пересечения автомобильными дорогами суходолов, ручьев, оврагов или балок, по которым стекает вода от дождей и таяния снега. Количество водопропускных сооружений зависит от климатических условий и рельефа местности; стоимость водопропускных сооружений составляет 8-15 % общей стоимости строительства автомобильных дорог с усовершенствованными покрытиями. Поэтому правильный выбор типа и рациональное проектирование водопропускных сооружений, позволяющие индустриализировать их строительство, имеют большое значение для снижения стоимости дороги.

В различных климатических и рельефных условиях количество водопропускных сооружений на 1 км дороги в среднем составляет:

Пустыни и полупустыни................................................0,3

Болотистые районы.......................................................1,0

Равнины.........................................................................0,5-1,0

Среднехолмистый рельеф.............................................0,7-1,2

Сильно пересеченный рельеф.......................................1,0-1,5

Горные районы..............................................................1,5-2,0

Районы искусственного орошения................................3,0

К основным видам водопропускных сооружений относят мосты и трубы. Меньшее распространение имеют другие типы сооружений, пропускающие воду переливом через земляное полотно - переливные насыпи и лотковые сооружения, применяемые на автомобильных дорогах низших категорий.

Водопропускные сооружения должны быть удобными для движения автомобилей и обеспечивать пропуск воды без вреда для дорожных сооружений. Обеспечение выполнения этих требований при обязательном соблюдении принципа экономичности сооружений является сложной задачей, решаемой методами вариантного проектирования или математической оптимизации.

С точки зрения требований автомобильного транспорта в каждом конкретном случае наилучшим считают такое водопропускное сооружение, которое не меняет условий движения автомобилей, не требует изломов в плане и в продольном профиле дороги, не стесняет проезжую часть и обочины, а также не нуждается в изменении типа дорожного покрытия. В этом отношении наилучшим типом малых водопропускных сооружений считают трубы, которые свободно можно располагать при любых сочетаниях элементов плана и продольного профиля трассы, различных углах пересечения водотока и любых высотах насыпи с сохранением постоянного типа покрытия на всем протяжении дороги. Поэтому количество труб составляет почти 95 % общего количества водопропускных сооружений на автомобильных дорогах.

Устройство мостов предъявляет большие требования к продольному профилю дорог. Расположение мостов на вертикальных и горизонтальных кривых или на больших продольных уклонах вызывает усложнение их конструкций. Значительная высота насыпи, например, при пересечении глубоких оврагов вынуждает строить даже при малых расходах воды высокие мосты с большой длиной по настилу, что приводит к значительному удорожанию сооружения.

Указанные обстоятельства позволяют рассматривать трубы как основной тип малых водопропускных сооружений на постоянных и периодически действующих водотоках при отсутствии ледохода. В современном дорожном строительстве наибольшее распространение находят железобетонные мосты и круглые или прямоугольные трубы из сборных элементов стандартных размеров, заранее изготовляемых на централизованных базах или заводах железобетонных конструкций (ЖБК). В горной местности на дорогах низшей категории иногда устраивают трубы из каменной бутовой кладки.

Для повышения пропускной способности труб без увеличения высоты насыпи устраивают многоочковые, уложенные рядом небольшого диаметра трубы. Наблюдения показали, что в этих случаях расход равномерно распределяется между трубами. Действующие нормы проектирования допускают устраивать трубы, состоящие не более чем из 3 отверстий круглого и из 2 отверстий прямоугольного поперечного сечения.

Переливные насыпи, допускающие перелив паводочных вод через полотно дороги применяют на автомобильных дорогах III - V категорий. Целесообразность применения таких насыпей обосновывают технико-экономическими расчетами с учетом не только стоимостных показателей, но и убытков от перерывов движения транспорта. При допущении движения транспортных средств во время перелива предусматривают ограждения-ориентиры.

Лотковые сооружения, предназначенные для перелива воды через дорогу, представляют собой либо укрепленные бетонными элементами или монолитным бетоном пониженные участки насыпей автомобильных дорог низших категорий (IV и V), либо участки с отверстиями в виде круглых или прямоугольных труб, пропускающих лишь часть общего расхода.

Лотки без отверстий применяют при пересечении периодически действующих водотоков с глубиной не более 0,15-0,20 м, когда отсутствуют или имеют неопределенный характер водоразделы между смежными водосбросами или когда ожидают увеличение расчетных расходов в результате их перераспределения между отдельными водотоками.

Лотки с отверстиями, как правило, применяют в местах, где имеются небольшие постоянные или распластанные водотоки и периодически возможны большие внезапные ливневые расходы.

Подземный водоотвод. Для предотвращения воздействия грунтовых вод на земляное полотно и дорожную одежду предусматривают достаточное возвышение поверхности покрытия над их уровнем, устраивая в теле земляного полотна прослойки для прерывания перемещения капиллярной, пленочной и парообразной влаги, а также дренажи для понижения уровня этих вод.

К системе дорожного водоотвода относят также подстилающий (дренирующий) слой дорожных одежд из песка, гравия и других крупнозернистых материалов, который собирает воду, проникающую через обочины, трещины и швы в покрытиях (рис. 15.2, а). Воду из дренирующего слоя в особо благоприятных условиях отводят на откосы насыпи или в боковые канавы дренажными воронками (рис. 15.2, б, в). В весенний период дренирующий слой собирает воду, которая попадает из верхних слоев земляного полотна при таянии ледяных прослоек, образовавшихся на пучинистых участках в процессе зимнего влагонакопления. Дренирующие песчаные слои особенно важно устраивать во II и III дорожно-климатических зонах, при пылеватых грунтах земляного полотна.

Рис. 15.2. Дренажные воронки:
а - разрез по полотну дороги; б - примыкание воронки к песчаному слою при малых уклонах; в - тоже при уклоне более 10 ‰;
1 - прослойка дерна или мха; 2 - щебень или гравий; 3 - дорожная одежда

В зависимости от ширины проезжей части и климатического района строительства песчаные материалы для дренирующего слоя должны в уплотненном состоянии иметь коэффициент фильтрации от 3 до 10 м /сут. Толщину подстилающего песчаного слоя назначают не менее указанной в табл. 15.2.

Дренажные воронки заполняют хорошо дренирующим материалом (одноразмерным щебнем, галькой размером 40-60 мм и т.д.), по которому вода просачивается из земляного полотна. Дренажные воронки имеют сечение 0,4´0,2 м и их располагают через 4-6 м в шахматном порядке (см. рис. 15.2, б).

Таблица 15.2.

Толщина песчаного подстилающего слоя

Покрытия	Грунты земляного полотна	Толщина подстилающего слоя при увлажнении, см
избыточном	нормальном	недостаточном
Цементобетонные	Мелкие пески
	Супеси	20-25	15-20
	Суглинки тяжелые и глины	25-35	20-25
	Пылеватые грунты	35-50	25-40	15-20
Нежесткие	Мелкие пески		-	-
на дорогах	Супеси
I-III категорий	Суглинки тяжелые и глины
	Пылеватые грунты
Нежесткие	Мелкие пески			-
на дорогах	Супеси
IV и V категорий	Суглинки тяжелые и глины
	Пылеватые грунты

Пропускная способность дренажных воронок невелика, поэтому для отвода воды, заполнившей поры песчаного основания, необходимо значительное время. Обочины, часто покрытые зимой слоем снега, начинают оттаивать примерно на неделю позже, чем грунт под проезжей частью. В наиболее ответственный для службы дороги период весеннего оттаивания воронки находятся в промерзшем состоянии и не могут отводить воду, поступающую под проезжую часть и скапливающуюся в песчаном дополнительном слое основания.

Значительное увеличение пропускной способности воронок возможно путем их уширения, поэтому часто соседние дренажные воронки объединяют в сплошной дренирующий слой (см. рис. 15.2, а). Такое устройство песчаного слоя имеет также некоторые технологические преимущества.

В местах с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями воду из дренирующего слоя отводят поперечными и продольными дренажными трубками из асбоцементных или керамических (гончарных) труб (рис. 15.3). Вместо трубок могут быть устроены прорези, заполненные крупным дренирующим материалом.

Рис. 15.3. Дренажные трубки, укладываемые в песчаный слой:
а - продольная труба; б - приемная часть поперечной трубы; в - то же в плане;
1 - обочина; 2 - слои дорожной одежды; 3 - песчаный слой

При использовании дренажных труб необходимо принимать меры, предотвращающие проникание потока холодного воздуха в земляное полотно.

Закрытый дренаж (рис. 15.4) состоит из уложенной в грунте дрены - трубы (гончарной, керамической, бетонной или деревянной), в стенах которой устраивают отверстия для приема воды. Нередко вода поступает в эти трубы в стыках между звеньями, которые укладываются концами на специальные подкладки, исключающие смешение одного звена относительно другого. Чтобы труба не засорялась грунтом, ее окружают пористой засыпкой, крупность которой уменьшается по направлению к стенкам траншеи. Пористая засыпка собирает притекающую из грунта воду, которая стекает по трубе. В некоторых случаях вместо трубы устраивают каменную наброску.

Рис. 15.4. Поперечные сечения закрытого дренажа:
а - с каменной (фильтрующей) засыпкой; б - с дренажной трубой;
1 - утрамбованная глина; 2 - два слоя дерна корнями вверх или 3 см грунта, обработанного битумом; 3 - крупнозернистый или среднезернистый песок; 4 - щебень или гравий крупностью 5-10 мм; 5 - тоже 40-70 мм; 6 - щебень, втрамбованный в грунт; 7 - керамическая или асбоцементная труба диаметром 15-20 см; 8 - кривая депрессии; 9 - водоупор

Дренажи можно использовать как для понижения уровня грунтовых вод, так и для перехвата грунтовой воды, притекающей к дороге со стороны. Осушающее действие дренажей заключается в том, что при заглублении в грунт ниже уровня грунтовых вод труба или канава отводит воду, которая просачивается из прилегающей части грунта, в результате чего вблизи от дренажа образуется осушенная зона.

Дата добавления: 2015-06-04