Устройство водоотводных канав
1.1. Виды водоотводных устройств
На железных дорогах водоотводные устройства проектируются в пределах перегонов и раздельных пунктов.
В качестве водоотводных устройств применяются: канавы, резервы, лотки, быстротоки и перепады. В редких случаях применяют шахтные колодцы, дюкеры и сбросы.
У насыпей проектируют продольные водоотводные канавы или резервы. Резервы применяют на участках, где насыпь полностью или частично отсыпается грунтом из резерва. Резервы не применяются в пределах раздельных пунктов с путевым развитием, населенных пунктов, а также на поймах рек.
У выемок и полувыемок с нагорной стороны устраивают нагорные и забанкетные канавы. В выемках и полувыемках для сбора воды с откосов и верхнего строения пути служат кюветы, лотки и кювет-траншеи (в скальных выемках).
Продольные водоотводные канавы назначаются с нагорной стороны у насыпей при отсутствии резервов и поперечном уклоне 0,04 и более. При уклоне, который меньше указанного, и при переменной стороности поперечного уклона, а также при высоте насыпей менее 2 м и на болотах водоотводные канавы проектируют с обеих сторон насыпи.
Нагорные канавы у выемок устраиваются при поперечном уклоне местности, причем круче 0,04 – только с верховой стороны, а если уклон меньше, то с двух сторон.
Размеры канав по глубине и ширине дна определяются расчетом и должны быть не менее 0,6 м. На болотах эти размеры должны быть не менее 0,8 м. Заложение откосов канав принимается не круче 1:1,5 (рис. 1).
Рис. 1. Поперечный разрез канавы
Продольный уклон канав должен быть не менее 0,003. На болотах, речных поймах и в других местностях малого естественного уклона местности продольный уклон водоотводных канав допускается уменьшать до 0,002, а в исключительных случаях – до 0,001.
Наибольший продольный уклон канав устанавливается расчетом в зависимости от вида грунта, типа укрепления откосов и дна канавы, допускаемой скорости течения по размыву при пропуске расчетного расхода воды. Если установленный расчетом максимальный уклон дна канавы по размыву грунта меньше естественного уклона местности, то необходимо проектировать на таком участке быстроток или перепад.
Забанкетные канавы устраивают для сбора дождевых вод, выпадающих на банкет и кавальер, и отвода их вдоль выемки (рис. 2).
Рис. 2. Схема устройства забанкетной канавы: 1 – поверхность косогора; 2 – откос выемки; 3 – банкет; 4 – забанкетная канава; 5 – кавальер
|
Рис. 3. Поперечный разрез прямоугольного безраспорного железобетонного лотка | Кюветы в выемках, как правило, проектируются трапецеидальной формы с шириной по дну не менее 0,4 м, глубиной 0,6 м. Крутизна откосов принимается 1:1,5. Лотки вместо кюветов устраивают в случаях: – наличия слабых и водонасыщенных грунтов, в которых не обеспечивается устойчивость откосов кювета; – когда устройство кюветов нормальных размеров приводит к значительному увеличению объема земляных работ по устройству выемки. Особенно это важно учитывать при устройстве выемки в скальных грунтах. Лотки могут иметь трапецеидальную, прямоугольную и полукруглую форму. На рис. 3 показан прямоугольный безраспорный железобетонный лоток. Такие лотки имеют глубину до 1,0 м. Если требуется заложение лотка на бóльшую глубину, то применяют железобетонные лотки рамной конструкции (рис. 4). Глубина таких лотков может быть 1,5 и 2,0 м. Прочность лотка при воздействии бокового давления грунта обеспечивается железобетонными рамами с распорками. При устройстве водоотводных канав на местности с крутым уклоном при скорости течения воды в канаве до 3,0 м/с применяют укрепление канавы железобетонными лотками – полутрубами (рис. 5). |
Рис. 4. Поперечный разрез железобетонного лотка рамной конструкции: 1 – стенка траншеи; 2 – выравнивающий слой щебня; 3 – железобетонная рама; 4 – железобетонные плиты; 5 – засыпка пазух дренирующим грунтом; 6 – дно лотка из тощего бетона
Быстротоки и перепады применяют на коротких участках водоотводных устройств, где их продольный уклон превышает 0,1. Для гашения энергии воды, движущейся с большой скоростью, в нижней части быстротока устраивают водобойные колодцы, уступы или стенки (рис. 6). Дну быстротока придают искусственную шероховатость в виде надолб, шашек, поперечных ребер и т. д., это способствует гашению энергии потока воды. У перепадов при сбросе воды из верхнего бьефа в нижний также устраивают гасители энергии воды. Перепады могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми, каждая ступень имеет гаситель энергии воды (рис. 7).
Рис. 5. Железобетонный лоток полутрубный: 1 – железобетонный лоток; 2 – песок; 3 – местный уплотненный грунт
Рис. 6. Схема быстротока: 1 – канава в верхнем и нижнем бьефах; 2 – шпора; 3 – водобойная стенка; 4 – гаситель энергии воды
Быстротоки и перепады монтируются из сборных железобетонных конструкций обычно прямоугольного вида. Все стыки между отдельными элементами изолируются, чтобы струи воды не проникали под конструкцию и не вымывали грунт, этой же цели служат шпоры.
Рис. 7. Схема трехступенчатого перепада: 1 – канава; 2 – шпора; 3 – водобойные стенки; 4 – гасители энергии воды
5.2. Проектирование боковых канав (кюветов, резервов)
Большая часть выпадающих непосредственно на поверхность дороги осадков стекает с нее ввиду наличия на проезжей части и обочинах поперечных уклонов. Эта вода стекает по откосам земляного полотна.
Для отвода воды вдоль дороги, переходящей в выемке или насыпи высотой до 1–1,5 м, устраивают боковые канавы (кюветы). Боковые канавы также способствуют осушению грунтов земляного полотна в связи с испарением влаги с внутренних откосов боковых канав.
В связных грунтах кюветам придают трапецеидальное сечение шириной по дну 0,4 м, с крутизной откосов в выемке 1:1,5, в насыпе: внешний откос 1:1,5, внутренний 1:3 или 1:4.
Рис. 5.1. Поперечные сечения боковых канав:
а – трапецеидальное; б – треугольное
В несвязных грунтах устраивают кюветы треугольного сечения с крутизной внутреннего откоса 1:3.
При выборе формы поперечного сечения боковой канавы следует учитывать, что при одинаковой глубине кювета площадь живого сечения трапецеидальной канавы больше, чем треугольной.
Минимальная глубина кювета 0,3 м от поверхности земли, максимальная 0,7–0,8 м (редко до 1,2 м), считая от бровки насыпи.
Вообще глубину кювета назначают по расчету так, чтобы возвышение верха дорожной одежды над дном кювета было не менее рекомендованного СНиП [2] для II типа местности, то есть дл участков с необеспеченным поверхностным стоком воды
hкюв = hрек – ( bпр iпр/2 + bоб iоб) – hраб
Дну кюветов придают продольный уклон, равный уклону бровки земляного полотна, но не менее 5 ‰, а в исключительных случаях 3 ‰. На участках выемок и низких насыпей, где уклон проектной линии менее 5 ‰ проектируют так называемые заглубленные кюветы с уклоном не менее 5 ‰.
Не допускается проектировать красную линию в выемках в виде горизонтальных участков и вогнутых кривых ввиду трудности осуществления водоотвода из выемки.
В тех случаях, когда вследствие равнинного рельефа местности устраивать кюветы с уклоном 5–3 ‰ не удается, земляное полотно проектируют в насыпи, отсыпаемой из дренирующих грунтов. Рабочие отметки насыпи назначают как для III типа местности.
Необходимо использовать все возможности для отвода воды из кюветов в пониженные места в сторону от дороги, устраивая отводные русла желательно, чтобы отвод воды из кювета в сторону или в искусственные сооружения осуществляется не реже, чем через 500 м.
Не допускается пропуск воды из насыпи через выемку. Перед входом в выемку воды из боковой канавы отводят в сторону. Воду из выемки отводят в сторону от дороги с того места, где насыпь становится выше 0,5 м, постепенно доводя глубину канавы до нуля (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Вывод воды из выемки
5.3. Проектирование водоотводных и напорных канав
Водоотводные канавы служат для отвода воды от дороги в стороны, в пониженные места или к водопропускным сооружениям.
Если дорога пересекает на коротком расстоянии несколько логов, воду можно не пропускать через дорогу в каждом понижении, а устраивать водоотводные канавы, перехватывающие воду в малых логах и отводящие в главный лог (рис. 5.3). Обычно канавы глубиной 0,25–0,5 м, собирающие воду с малых логов, начинают в самом русле.
Рис. 5.3. Схема отвода воды из бокового лога к сооружению в главном логе
Канавы устраивают с продольными уклонами не менее 5 – 7 ‰, длину принимают не более 500 м.
Водоотводные канавы также проектируют для выпуска воды из пониженных участков – бессточных впадин, которые пересекает дорога.
Воду из впадины отводят до ближайших логов или более глубоких впадин, устраивая водоотводные канавы с двух сторон дороги (рис. 5.4, а). Возможно и другое решение: устройство водопропускной трубы и водоотводной канавы с низовой стороны (рис. 5.4, б). Вопрос решается с учетом конкретной ситуации: наличия понижений с двух сторон дороги и технико-экономических расчетов (следует подсчитать, что дешевле – труба или канава).
Рис. 5.4. Схема отвода воды из бессточной впадины: а – без устройства трубы; б – с устройством трубы под полотном
Рекомендуется пересекать впадину не в самом глубоком месте, а сбоку. Тогда более глубокая часть впадин будет играть роль испарительного бассейна.
При наличии поперечного уклона местности косогора вода, притекающая к дороге с верховой стороны, должна быть перехвачена и отведена в сторону от дороги с помощью нагорных канав (рис. 5.5).
Рис. 5.5. Нагорные канавы:
а – у насыпи; б – у выемки; 1 – насыпь; 2 – нагорная канава;
3 – берма; 4 – откос выемки; 5 – банкет
Сечение нагорных канав рассчитывают по расходу воды, притекающей к ней. Канаве придают трапецеидальный поперечный профиль с наименьшей шириной по дну 0,5 м. минимальная глубина канавы 0,5 м, крутизна откосов 1:1,5, продольные уклоны не менее 3–5 ‰.
Если земляное полотно проложено по косогору в насыпи, то нагорную канаву располагают на расстоянии не менее 2,0 м от подошвы насыпи, а между ней и насыпью отсыпают берму с уклоном 20 ‰ к канаве (рис. 5.5, а).
При наличии кювета в насыпи и расположении дороги в выемке, во избежание сплывов и оползания откосов из-за переувлажнения грунтов, нагорные канавы располагают на расстоянии не менее 5 м от внешнего откоса кювета или выемки (рис. 5.5, б). Чтобы избежать затопления выемки при переполнении нагорной канавы, между выемкой и канавой отсыпают земляные призмы – банкеты.
При большом притоке воды на крутых и длинных косогорах устраивают два и более ряда нагорных канав. Кюветы и нагорные канавы укрепляют дерном, укрепленным грунтом, мощением.
Водосборные, водоотводные и дренажные устройства
Чтобы предотвратить переувлажнение грунтов земляного полотна поверхностными водами, предохранить их от вредного воздействия грунтовых вод и защитить от размывного действия текущей воды, проектируют специальные сооружения и устройства. Предупреждают переувлажнение земляного полотна, не допуская застоя поверхностных и производственных вод. Для этого его поверхность выравнивают и устраивают поперечные и продольные водоотводы: канавы, лотки, ливневую (дождевую) канализацию на станциях и другое. Продольные уклоны этих водоотводных сооружений должны быть не менее 3 ‰, но в трудных условиях (поймы рек, болота) допускаются 2 ‰ и в исключительных случаях – 1 ‰.
Сбор и отвод поверхностных вод от земляного полотна
Для сбора и отвода поверхностных вод от земляного полотна служат канавы и лотки.
Водоотводные канавы, как правило, имеют трапецеидальное сечение, наиболее удобное для их устройства, ремонта и содержания. Размеры канав устанавливаются расчетом по наибольшему расходу воды Qpacч.
Расход воды определяют по нормам поверхностного стока в зависимости от размеров бассейна, интенсивности ливней, крутизны дна лога и его боков и водопроницаемости почвы. Этот расход непостоянен по длине канавы и увеличивается от верховья к устью. В длинных канавах (более 100–200 м) расход определяется в нескольких поперечных сечениях, и канава проектируется отдельными участками.
Рис. 1 – Поперечное сечение водоотводной канавы
Существует несколько способов расчета. Можно задаться (рис. 1) шириной по дну b (≥ 0,06 м), высотой h наполнения канавы (≥ 0,4 м при глубине канавы ≥ 0,6 м) и уклоном дна i в соответствии с уклоном местности. Далее определяется скорость течения воды в канаве по формуле
где С – коэффициент шероховатости, берется из справочников по гидравлике;
R = ω/Р – гидравлический радиус;
ω – площадь сечения водного потока в канаве;
Р – смоченный периметр: ;
n – показатель крутизны откоса канавы.
Если скорость υ превышает допускаемую для данного грунта, то предусматривают укрепление канавы или принимают более пологий уклон дна. Получив скорость течения воды в канаве, находят фактический расход:
Qфакт = ω·υ,
который может пропустить канава, и сравнивают его с Qрасч – требуемым расходом воды. Если расхождение между Qфакт и Qрасч превышает 5%, то изменяют размеры канавы или уклон дна и расчет повторяют.
При неустойчивых грунтах, а также при большой глубине канав для сокращения объема земляных работ вместо канав устраивают лотки, преимущественно железобетонные (рис. 2), каменные, бетонные, а в местностях, богатых лесом, как исключение, – деревянные. Форма их может быть различной: трапецеидальной, прямоугольной, полукруглой и треугольной.
Рис. 2 – Железобетонный лоток рамного типа: 1 – железобетонные плиты; 2 – заполнение песком; 3 – железобетонные рамы; 4 – цементная смазка; 5 – тощий бетон; 6 – песчано-щебеночная подготовка толщиной 5 см; 7 – тощий бетон; 8 – дренажные отверстия
При крутом уклоне местности, чтобы не делать дорогостоящее укрепление канав, последние проектируют с пологими уклонами, сопрягая отдельные участки быстротоками или перепадами.
Перепад представляет собой устройство с одним или несколькими уступами, позволяющими на относительно коротком расстоянии значительно понизить уровень текущей воды (рис. 3). Та же цель может быть достигнута устройством быстротока (рис. 4), то есть короткого канала с большим продольным уклоном (i = 0,1÷0,8). В перепадах и быстротоках течение воды достигает больших скоростей, поэтому в конце их сооружают водобойные колодцы и уступы.
Рис. 3 – Двухступенчатый перепад с водобойными уступами
Рис. 4 – Железобетонный быстроток: 1 – входной участок; 2 – примыкание быстротока к трубе
Отвод воды на станциях имеет особое значение, так как это необходимое условие для обеспечения не только прочности и устойчивости земляного полотна, но и всех станционных устройств. Поверхностные воды, стекающие с нагорной стороны к станционной территории, перехватываются нагорными канавами в выемках и продольными водоотводными канавами у насыпей. Собранная вода отводится к искусственным сооружениям или к пониженным местам.
Сбора и отвод воды, попадающей непосредственно на территории путевого развития и площадки станционных устройств, применяют систему продольных и поперечных водоотводов.
При пилообразном профиле земляного полотна станций в пониженных междупутьях укладывают типовые сборные железобетонные лотки глубиной 0,75–2 м. Собранная ими вода поступает в поперечные подземные трубы – коллекторы и отводится ими на поверхность земли, во внешний продольный водоотвод, в продольный коллектор станционной или городской канализации. Дну лотка придают уклон 0,002–0,005. В водораздельной точке глубина лотка должна быть не менее 0,25 м. Расстояние между коллекторами устанавливается расчетами (не менее 100–200 м).
При большом количестве осадков для облегчения стока на станциях к продольным лоткам укладывают через 25–50 м междушпальные деревянные или железобетонные лотки (рис. 5).
Рис. 5 – Междушпальный водоотводный лоток на станциях
От централизованных стрелочных переводов на щебеночном балласте воду собирают вдоль границы их балластной призмы со стороны притока поверхностных вод и выпускают ее в поперечные междушпальные лотки глубиной 0,2 м.
На пассажирских, грузовых и технических станциях в черте городов с развитой системой канализации возможно устройство продольного закрытого водоотвода из труб.
Сбор и отвод грунтовых вод
Наличие грунтовой воды, протекающей в водоносных слоях и просачивающейся в почву с поверхности, уменьшает сопротивление сдвигу, несущую способность грунта и вызывает другие вредные явления в земляном полотне. Вода оказывает и химическое воздействие на грунт. Она растворяет минеральные частицы, содержащиеся в некоторых грунтах, и образует подземные пустоты (карсты).
Если грунтовые воды угрожают нарушению прочности и устойчивости земляного полотна, то необходимо или перехватить, собрать и отвести их в сторону от земляного полотна, или понизить их уровень. Для этого служат дренажные устройства. К ним относятся открытые дренажные канавы, лотки, закрытые дренажи траншейного типа, штольни, дренажные колодцы.
Канавы и лотки с открытой водосборной частью одновременно отводят и грунтовые, и поверхностные воды. Грунтовые воды поступают в канаву, просачиваясь через ее боковые стенки и дно, или только откосы, если канава заглублена в водоупорной слой. Как дренажное устройство канавы применяют при неглубоком залегании грунтовых вод. Лотки (смотрите рис. 2) для фильтрации воды из грунта имеют отверстия в боковых стенках. В нижней же части лотка отверстий нет. Это сделано во избежание инфильтрации воды из лотка в грунт. Дну лотка придают уклон не менее 0,003–0,005, укрепляют его в соответствии с расчетной скоростью.
Подземные водоотводы для осушения грунтов, понижения уровня грунтовых вод и отвода их от земляного полотна называются дренажами. Устраивают их в водонасыщенных грунтах, подвергающихся неравномерному вспучиванию при замерзании. Наибольшее распространение получили подкюветные дренажи, предназначенные для понижения уровня грунтовых вод под основной площадкой земляного полотна. Ось подкюветного дренажа располагают на расстоянии 3700 мм от оси пути. В зависимости от того, врезается дно дренажа в водоупорный слой или не доходит до него, различают совершенные и несовершенные дренажи. Если водоупорный слой залегает на глубине до 4 м от бровки земляного полотна, то обычно устраивают совершенные дренажи (рис. 6, а), если глубже, – несовершенные (рис. 6, б). Ширина траншеи при ручной разработке 0,8–1,0 м при глубине до 2 м и 1–1,5 м при глубине более 2 м. Траншее придают продольный уклон не менее 3‰, а на дне укладывают дрену. При небольшом поступлении воды дрену устраивают в виде слоя щебня или гравия, чаще же она представляет собой гончарную трубу внутренним диаметром 12,5–17,5 см с отверстиями для поступления воды. Устройство таких дренажей очень сложно и требует больших затрат труда.
Рис. 6 – Подкюветный дренаж: 1 – одиночное мощение; 2 – утрамбованный глинистый грунт; 3 – два слоя дерна; 4 – крупнозернистый песок; 5 – щебень или гравий; 6 – щебень или галька; 7 – перфорированная труба; 8 – утрамбованный щебень; 9 – деревянные доски; 10 – кривая депрессии
Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) разработана специальная машина для сооружения продольных дренажей и применительно к ней создана простая конструкция дренажа шириной 52 см, которая находит все более широкое применение (рис. 7).
Рис. 7 – Дренаж конструкции ВНИИЖТ с керамзитовым трубофильтром: 1 – утрамбованный местный грунт; 2 – песчаная засыпка; 3 – трубофильтр; 4 – подсыпка из гравия или щебня; 5 – водоупор
В траншею, прорытую машиной, на дно или на слой гравийной или щебеночной подсыпки укладывают трубофильтры и засыпают их на всю глубину траншеи фильтрующим материалом. Трубофильтры (рис. 8) изготовляют из керамзитового гравия с цементным раствором длиной от 0,5 до 1 м, внутренним диаметром от 50 до 500 мм. Соединяют их между собой с помощью гибких пластических муфт. Трубопровод укладывают в траншею механизированным способом. Сооружение и эксплуатация такого дренажа обходится значительно дешевле.
Рис. 8 – Трубофильтр
Для понижения уровня грунтовых вод, залегающих на глубине 6–10 м, устраивают дренажные галереи (рис. 9) из железобетонных элементов, размеры которых позволяют работать в галерее человеку. Вода в галерею поступает через отверстия в стенах. Для наблюдения за работой и прочистки труб через каждые 70–100 м в трубчатом дренаже и 100–150 м в галерее, а также в местах изменения профиля и плана дренажей устраивают смотровые колодцы (рис. 10).
Рис. 9 – Конструкция дренажной галереи: 1 – одерновка; 2 – глинобетон; 3 – водоупор; 4 – лоток из тощего бетона; 5 – кривая депрессии
Рис. 10 – Конструкция сборного железобетонного смотрового колодца: 1 – железобетонные кольца; 2 – бетон; 3 – подготовка из щебня; 4 – лаз в колодец
Штольни представляют собой слабо наклонный ход в толще водоносного грунта с основанием, заглубленным в водонепроницаемый слой. Конструкция и размеры поперечного сечения те же, что и у галерей. Вода фильтруется в штольню через боковые стенки. Через 150–250 м по длине штольни закладывают шахты, необходимые для производства работ, осмотра и вентиляции штольни.
На станциях сбор и отвод грунтовых вод осуществляется в зависимости от местных условий. При одностороннем поступлении грунтовых вод и неглубоком залегании водоупорного слоя возможен полный каптаж (перехват) грунтовых вод. При высоком стоянии грунтовых вод понижают их уровень устройством дренажей траншейного типа. Отвод технических и хозяйственных вод от гидроколонок, поворотных кругов, канав депо и других устройств осуществляется канализационными трубами.
Устройство дренажной канавы
Не всем суждено стать владельцем приусадебного участка на ровной, открытой и вместе с тем сухой местности. Участки с высоким уровнем залегания грунтовыхвод, с угрозой подтопления не очень удобны для освоения, но не повод для огорчений. Устройство дренажной канавы или целой системы отвода грунтовых вод поможет избавиться от этой проблемы Что такое дренаж и зачем он нужен.Дренаж — процесс осушения почвы на болотистых местностях, вывод излишков воды из грунта. Еще так называют систему труб, траншей, колодцев, смонтированных для этих целей. Зачем он нужен?Самая безобидная проблема излишка воды на даче — это постоянно хлюпающая под ногами жидкость, и лужи по всей территории. Это явление просто неприятное;Отрицательное влияние на урожай — это уже проблема серьезнее. На постоянно заболоченных местностях собрать хороший урожай так же нереально, как и на пересушенном песке;Близость грунтовых вод не дает возможности сделать хороший погреб на территории или подвал под домом. Но самая большая опасность грозит дому и прочим строениям на участке. В период осенних дождей или весеннего таяния снега, почва пропитывается влагой, а при заморозках становится пучинистой, увеличивается в объеме.
Фундаменты зданий, заборов, тротуары подвергаются опасности разрушения;
На территориях, расположенных на склонах, ливневые потоки смывают поверхностный плодоносный слой грунта. Если такой участок не укрепить, то разрушения впоследствии грозят и дому.Дренажные системы — это разумное инженерное решение, которое позволяет избавиться от проблемы грунтовых вод на приусадебном участке. Обычно территории садоводческих кооперативов и поселков с индивидуальной застройкой защищают от подтоплений дренажной канавой, в которой проложена труба, с возможностью отведения собранной воды в более низкое место.Соорудить защитные сооружения на даче своими руками вполне возможно, но необходимо это сделать до начала благоустройства. Дренажная канава, труба, колодец, водоотвод — эти элементы создают систему осушения на участке. Установка колодца для устройства дренажа на участке Чтобы их укрепить, понадобится большое количество земляных работ как своими руками, так, возможно, и с применением спецтехники.Виды дренажа на дачном участкеСистема отведения воды на даче — это сеть труб и каналов, соединенных между собой, которые устроены так, чтобы максимально удобным образом собрать и вывести излишки воды от строений, двора, огорода и тем самым укрепить эти объекты. >Если дренаж сделать правильно, то поверхностные воды никоим образом не смогут навредить фундаменту, исчезнет возможность появления плесени и грибков.Перед началом работ по благоустройству на участке, необходимо определить степень угрозы затопления, свои возможности и выбрать, необходимую и максимально подходящую для этого случая дренажную систему.Открытый или поверхностный дренаж
