Лекция 8 Тема: "Система дорожного водоотвода"

 

При насыщении земляного полотна водой, его прочность резко снижается.

Для предупреждения проникания воды в земляное полотно предусматривают сооружения, совокупность которых носит название системы дорожного водоотвода.

 

Конструктивные мероприятия и сооружения для отвода воды от автомобильной дороги

 

Капилляропрерывающие и дренирующие слои

 

Прослойки из водонепроницаемых материалов (битума, грунта, обработанного битумом, полиэтиленовые плёнки) устраивают на всю ширину земляного полотна. При большой ширине земляного полотна, допускается устройство замкнутых дренирующих прослоек.

 

 

1 – грунт, обработанный органическими вяжущими материалами, или полиэтиленовая пленка;

2 –изолирующий слой мелкого гравия;

3 – слой гравия, щебня или мелкозернистого песка;

4 – крупный гравий или щебень

        

Капилляропрерывающие прослойки устраивают толщиной не менее 10 – 15 см из крупнозернистого песка или гравия, обладающих малой высотой капиллярного поднятия, располагая их по всей ширине земляного полотна. Для предохранения от загрязнения, сверху и снизу прослойки укладывают слой мелкого гравия толщиной не менее 3 – 5 см.

Поверхностям покрытия автомобильной дороги, конструктивным слоям дорожной одежды и слоям грунтов в теле насыпи придают поперечный уклон, что способствует отводу воды и осушению грунтов земляного полотна и материалов дорожной одежды.

Дальнейший отвод воды в пониженные места рельефа осуществляется посредством водоотводных канав, кюветов и резервов.

 

Дренажные устройства

 

Дренажи состоят из заложенных в грунт труб (закрытый дренаж) или заглублённых в водоносный слой грунта канав, заполненных крупным дренирующим материалом (открытый дренаж).

Закрытый дренаж (или дренажная прорезь) состоит из уложенной в грунте дрены – трубы (гончарной, керамиковой, бетонной или деревянной), вода в которую поступает через открытые стыки звеньев.

Чтобы труба не засорялась грунтом, стыки окружают пористой засыпкой (фильтром), крупность которой уменьшается по направлению к стенкам траншеи. Пористая засыпка собирает притекающую из грунта воду, которая стекает далее по трубе (дрене).

Осушающее (понижающее) действие дренажей заключается в том, что при заглублении в грунт ниже уровня грунтовых вод, труба быстро отводит воду, просачивающуюся из прилегающей части грунта, в результате чего вблизи дренажа образуется осушенная зона.

Дренажи можно использовать как для понижения уровня грунтовых вод, так и для полного перехвата грунтовой воды, притекающей к дороге со стороны. 

 

1 – утрамбованная глина;              2 – дёрн; 3 – крупнозернистый или среднезернистый песок; 4 – щебень или гравий 5 – 10 мм; 5 – щебень или гравий 40 – 70 мм;

6 – щебень, втрамбованный в грунт; 7 – кривая депрессии; 8 – керамическая или асбестоцементная труба; 9 – водоупор.

        

При устройстве закрытых дрен на уровне водоупора, пространство за ними будет постепенно осушено. Такие дрены называют совершенными.

При глубоком залегании водоупора устраивают две дрены, располагая их симметрично по обе стороны дороги (несовершенные дрены).

 

 

Водопропускные трубы

 

Устраивают в местах пересечения автомобильной дороги с ручьями, оврагами или балками, по которым стекает вода от дождей или таяния снега. От общего числа водопропускных сооружений на автомобильных и железных дорогах трубы составляют до 95 %.

Водопропускные трубы не изменяют условий движения автомобилей, поскольку их можно располагать при любых сочетаниях плана и продольного профиля, и не стесняют проезжую часть и обочины, а также не требуют изменения типа дорожного покрытия.

Нельзя устраивать водопропускные трубы не постоянных водотоках, где возможны наледи и ледоход. Не допускается также устройство труб при пересечении автомобильной дороги горным водотоком с корчеходом.

Отверстия водопропускных труб бывает круглого и прямоугольного сечения. Размер отверстий назначают по гидравлическому расчету в зависимости от количества воды, протекающей к сооружениям во время дождя и весеннего таяния снега.

Количество воды, протекающей к трубе за 1 секунду, называется расчетным расходом. Он зависит от климатических условий района, площади водосборного бассейна, крутизны склонов, интенсивности впитывания воды в грунт и задержания ее растительностью и неровностями почвенного покрова.

Для увеличения пропускной способности без повышения высоты насыпи устраивают многоочковые трубы из уложенных рядом нескольких труб. Трубы с числом очков более четырёх неэкономичны.

Высоту насыпей около мостов и труб назначают с таким расчетом, чтобы вода, разлившаяся во время паводка, не затопляла насыпь.

В зависимости от глубины подтопления и типа входного оголовка в трубах могут устанавливаться следующие режимы протекания:

-безнапорный режим – если подпор меньше высоты трубы на входе либо превышает её не более чем на 20 %; на всём протяжении трубы водный поток имеет свободную поверхность;

-полунапорный режим – возникающий при оголовках обычных типов (портальных, раструбных) в тех случаях, когда подпор превышает высоту трубы на входе более чем на 20 %; не большей части длины труба работает полным сечением, а на всём остальном протяжении поток имеет свободную поверхность;

-напорный режим – устанавливающийся при специальных входных оголовках обтекаемой формы и при подтоплении верха трубы более чем на 20 %; на большей части длины, труба работает полным сечением и лишь у выхода поток может отрываться от потолка трубы.

При значительном подтоплении входа в трубу напорный режим может возникать периодически и при оголовках обычных типов. Однако из-за прорывов воздуха через образующуюся у входного отверстия воронку, протекание воды в этом случае часто переходит в полунапорный режим.

 

Мосты

 

Устраивают на пересечениях автомобильной дорогой рек и малых водотоков. Если река является судоходной, должны быть обеспечены требования бесперебойного судоходства: обеспечен необходимый подмостовой габарит.

В мостах различают:

-пролетные строения – по которым происходит движение автомобилей;

-устои – береговые опоры, передающие давление от нагрузки на грунт;

-промежуточные опоры, располагающиеся в русле реки – быки.

Расстояние от проезжей части моста до уровня стояния воды в летний и зимний периоды (межень),  называют высотой моста.

Суммарную ширину между опорами, измеренную по поверхности воды при высоком расчетном горизонте – отверстием моста.

На судоходных реках низ моста должен возвышаться над уровнем судоходного горизонта (обычно более низким, чем расчетный горизонт паводка) на величину, определяемую подмостовым габаритом для прохода судов.

Конструкции современных мостов по условиям их работы подразделяются на четыре основных типа: балочные, арочные, рамные и висячие.

В балочных мостах пространство между опорами перекрыто несколькими балками или решетчатыми фермами.

При действии нагрузок пролетное строение работает на изгиб, передавая на опоры только вертикальные опорные давления.

 

В арочных мостах – основным несущим элементом является криволинейный брус – арка, концы которой упираются в массивные опоры.

Вертикальная нагрузка вызывает сжатие и изгиб арки. Давление арки на опоры, кроме вертикальной нагрузки, создает также горизонтальные усилия (распор). Чтобы воспринять этот распор, арки мостов с ездой понизу устраивают с горизонтальной затяжкой.

В рамных мостах пролетные строения и опоры жестко связаны между собой в монолитную конструкцию, в которой, при действии нагрузки на горизонтальный элемент (ригель) в сопротивление (работу) вовлекаются также и ее стойки.

При передаче нагрузки на фундамент в местах опирания стоек рам, кроме вертикальной реакции, возникает боковой распор, а при жесткой заделке в фундамент – опорные моменты.

1 – пилоны 2 – канат 3 – подвески

4 – пролётное строение 5 – устои

В висячих мостах основной несущий элемент – гибкие кабели или цепи, переброшенные через высокие стойки на опорах, которые называются пилонами.

К кабелям подвешивается проезжая часть, которая для устойчивости моста при движении автомобилей делается в виде жесткой конструкции, наз. балкой жесткости.

Концы кабелей прочно заделывают в земле и соединяют с балкой жесткости.

Кабель имеет диаметр 60-90 см, его сплетают на месте из проволочных канатов или собирают из отдельных металлических звеньев.

Кабель и подвески висячих мостов работают под действием нагрузки на растяжение. Поэтому в висячих мостах нет необходимости обеспечивать запас устойчивости элементов против продольного изгиба, что позволяет проектировать эти мосты весьма экономичными и легкими.

Их используют для перекрытия больших пролетов, достигающих 1 – 1,5 км.

 

Материалы для строительства мостов: сталь и железобетон.

Бетон плохо сопротивляется растягивающим напряжениям, поэтому для увеличения прочности в бетонные конструкции вводятся стальные штыри – арматура. Арматура в железобетонных конструкциях воспринимает в основном растягивающие напряжения.