5. Відведення води від дороги

5.1. Визначення притоку води до дороги

Дорожнє полотном усіма спорудами зазнає дії поверхневих і ґрунтових вод. Приплив води до земляного полотна автомобільної дороги формується поверхневим стоком, тобто є результатом стікання зливових і талих вод з

водозбірного басейну.

Поверхневий стік – це стік води по поверхні землі. Внаслідок випадання дощів формується зливовий стік. Стік талих вод утворюється внаслідок танення снігу і льодовиків.

Водозбірний басейн – територія, з якої вода стікає до водопропускних споруд і дорожніх канав. Між собою басейни межують по лініях вододілу. Лінія вододілу – вісь підвищення рельєфу місцевості (гірського хребта), яка

проходить через його найвищі точки. Лінію річкової долини, яру, балки, улоговини, яка сполучає найнижчі точки рельєфу, називають водозливною лінією або тальвегом.

Міцність і стійкість земляного полотна, нормальне функціонування автомобільної дороги потребують відведення води від дороги або перепуску її через дорогу. Для цього споруджують дорожні канави і штучні споруди (мости,

труби, фільтрувальні насипи тощо). Розміри дорожніх канав і створи штучних споруд визначають на підставі гідрологічних і гідравлічних розрахунків.

Основним критерієм для гідравлічних розрахунків є розрахункова витрата в руслі дорожньої канави або в отворах штучних споруд.

Водопропускні споруди умовно поділяють на великі, середні й малі. Водозбірні басейни поділяють на великі й малі. Поверхневий стік з великих басейнів живить постійно діючі водотоки, переходи через які потребують

спорудження великих або середніх мостів.

Поверхневий стік з малих басейнів живить малі водотоки (невеликі річки та, переважно, водотоки, які періодично діють) і формує приплив до дорожніх канав і малих штучних споруд (малих мостів і труб). Малими

вважають водозбори, площа яких до пересічення з дорогою не перевищує 100 км .

Розрахункові витрати в річках визначають за гідрологічними характеристиками останніх на підставі даних спостережень або за морфологічними розрахунками.

Систематичні натурні спостереження за стоком з малих басейнів не провадяться. Разом з тим гідравлічний розрахунок більшості споруд для відведення води від дороги потребує визначення припливу води саме з малих

басейнів. Безпосередніх даних про стік з таких басейнів немає, і це спонукало до створення генетично обгрунтованої теорії стоку тобто такої теорії, яка грунтується на фізичній сутності процесу стікання води схилами і тальвегом

басейну.

В основу теорії стоку зливових вод з малих басейнів покладено залежність максимальних витрат Q від площі басейну F та інтенсивності випадання опадів а. Вперше теоретично обгрунтовану формулу стоку з малих басейнів

запропонував ще у 1911 р. інженер шляхів сполучення Ріппас:

Q =16 7kF(

де 16,7 – перевідний коефіцієнт, який враховує, що шар стоку (а - z) вимірюють у мм/хв, площу басейну F – у км , а витрату Q – в м /с; k – коефіцієнт, що залежить від довжини басейну; z – інтенсивність всмоктування води грунтами,

мм/хв.

За час, що минув, теорія стоку розвивалась, розрахункові формули зазнавали змін, але в цілому зберігали структуру формули (5.1).

Головним чинником, який визначає величину і характер стоку, є водозбірний басейн. Розрізняють геометричні й фізико-географічні характеристики басейну. Геометричними характеристиками є площа і конфігурація басейну.

54

п

Площу басейнів визначають за топографічними картами, а якщо їх немає, шляхом натурної зйомки басейнів. Конфігурацію басейну характеризують довжина головної улоговини та середня довжина бічних схилів.

До фізико-географічних характеристик належать географічне положення і рельєф басейну, кліматичні умови, рослинний покрив і грунти, водні поверхні на площі басейну. За географічним положенням (широтою та довготою)

басейн відносять до певного зливового району. Рельєф (топографію) басейну характеризують середні похили головного лога і схилів. Найважливішою кліматичною характеристикою є опади. На величину і характер стоку певним

чином впливають рослинний покрив басейну і наявність на ньому водних поверхонь.

Схему та геометричні елементи басейну показано на рис. 5.1. Площу басейну поділено на дві частини. З більшої (площа а) вода припливає безпосередньо до водопропускної споруди. Менша (площа b) складається з двох невеликих

площадок, з яких вода надходить спочатку в дорожні канави, а потім вже канавами – до водопропускної споруди. Лінію вододілу, яка обмежує весь басейн, визначають за картою в горизонталях. Лінії вододілу між площею a і

площадками b визначають па плані басейну, проводячи прямі від місця перетину дороги з тальвегом перпендикулярно до горизонталей.

Рис. 5.1. Схема водозбірного басейну:

1 – водопропускна споруда; 2 – дорожні канави; 3 – загальний вододіл; 4 – місцеві вододіли; 5 – основний тальвег; 6 – бічні тальвеги

Стікання талих вод має дещо складніший характер. Для визначення припливу тадих вод з малих басейнів використовують сьогодні редукційну

формулу, в основу якої покладено структуру формули (5.1). Із двох можливих видів стоку для дорожніх канав розрахунковим завжди є зливовий стік з

площадок типу b. Для водопропускних споруд, як правило, розрахунковим також є стік, що дає більшу за розрахунком витрату води, здебільшого це

також зливовий стік.

З дуже малих площадок типу b витрата протягом досить тривалого часу є сталою величиною (рис. 5.2, в). Графік припливу води до водопропускних

споруд з площ басейнів типу а в разі зливового стоку має, як правило, трикутну форму, а в разі стоку талих вод – трапецеїдальну (рис. 5.2, б, в). При

значних площах басейнів і для талих вод графік припливу набуває трикутної форми.

Внаслідок припливу і накопичення поверхневої води перед дорогою може створитися напір води, небезпечний для стійкості земляного полотна. Щоб запобігти цьому, воду потрібно зібрати на деякій відстані від полотна і відвести

її у знижені місця або у русла водотоків. Для цього вздовж траси дороги споруджують дорожні канави і водо- пропускні споруди.

Вплив ґрунтової води на земляне полотно залежить від глибини її залягання. Піднімаючись капілярами, ґрунтова вода може зволожити до небезпечного ступеня ґрунтову основу дорожнього покриття. Крім того, ґрунтова вода може

вийти з водоносного шару у вигляді джерела і зволожувати полотно на поверхні землі. Для зниження рівня і перехоплення ґрунтових вод існує система дренажних споруд.

Рис. 5.2. Графіки притоку води

а – до дорожніх канав; б – до водопропускної споруди зливових вод; в – те саме, талих вод