10.5. Система отвода подземных вод

В случае, когда грунтовые воды залегают высоко, а построить насыпь такой большой высоты, чтобы исключить капиллярное смачивание низа дорожной одежды, не представляется возможным, прибегают к понижению грунтовых вод, устраивая для этого дренажи.

Дренажи (рис. 10.8) устраивают в виде заложенных в грунт труб (закрытый дренаж) или заглубленных в водоносный слой грунта канав, заполненных крупным дренирующим материалом (открытый дренаж).

Рис. 10.8. Схема закрытого дренажа: а – с каменный заполнением; б – с дренажной трубкой; 1 – утрамбованная глина; 2 – два слоя дерна (корнями вверх) или грунт, обработанный битумом толщиной 3 см; 3 – песок; 4 – мелкий гравий или щебень;5 – крупный гравий или щебень; 6 – щебень, втрамбованный в грунт; 7 – керамическая или асбоцементная труба; 8 – кривая депрессии; 9 – водоупор

Закрытый дренаж (дренажная прорезь) состоит из уложенной в грунте дрены – трубы (асбоцементной, керамической или бетонной), вода в которую поступает через открытые стыки звеньев. Чтобы труба не засорялась грунтом, стыки окружают пористой засылкой (фильтром), крупность которой уменьшается по направлению к стенкам траншеи. Пористая засыпка собирает притекающую из грунта воду, которая стекает далее по трубе (дрене). Возможно также обертывание стыков дренажных труб геотекстилем, пропускающим воду, но не частицы грунта.

Дренажи можно использовать как для понижения уровня грунтовых вод, так и для полного перехвата грунтовой воды, притекающей к дороге со стороны. Чаще всего последние применяются на откосах выемок, перерезающих водоносные пласты.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 образуется осушенная зона.

Ограждающие (перехватывающие) дренажи применяются для отвода грунтовых вод (верховодки) при вероятности поступления их в основание насыпи или в откос выемки. Расстояние от ограждаемого участка земляного полотна до дренажа устанавливают исходя из наименьшей глубины этого дренажа, а также из условия размещения дренажа в пределах устойчивой толщи и сохранения устойчивости земляного массива после возведения дренажа. Вода из ограждающих дренажей должна отводиться в пониженные места местности или к водопропускным сооружениям (трубы, мосты и др.).

Откосные дренажи предусматриваются для борьбы со сплывами откосов выемок, вызываемыми выходом на откос грунтовых вод, не образующих сплошного потока. Вода из откосного дренажа должна отводиться в кювет или железобетонный лоток, уложенный вдоль кювета (рис. 10.9).

Рис. 10.9. Схема устройства откосного дренажа в выемке: 1 – железобетонный лоток; 2 – откосный дренаж; 3 – одерновка; 4 – наброска из камня; 5 – суглинок; 6 – водоносный песок

Подкюветные (рис. 10.10) и закюветные (рис. 10.11) дренажи проектируются в выемках для перехвата или понижения уровня грунтовых вод земляного полотна. Закюветные дренажи менее подвержены засорению.

При низком залегании водоупорного грунтового слоя устраиваются совершенные дренажи, т.е. дренажи с полным перехватом грунтового потока. При глубоком залегании водоупора устраиваются несовершенные дренажи, дно которых находится выше водоупорного слоя. Совершенные дренажи при малой ширине земляного полотна могут предусматриваться с одной стороны. При этом необходимо проверять расчетом положение кривой депрессии водного потока под земляным полотном.

Несовершенные дренажи должны устраиваться, как правило, с обеих сторон земляного полотна. Глубина заложения для совершенных дренажей должна быть ниже глубины расположения водоупорного слоя на 0,5-0,7 м, но не менее глубины максимального промерзания грунтов плюс 0,25-0,3 м. Для несовершенных дренажей глубину заложения принимают по расчету.

В качестве дренажных элементов в подкюветном и закюветном дренажах используют гончарные, асбестоцементные, керамические или полиэтиленовые трубы диаметром 150-200 мм. В трубах в шахматном порядке должны быть сделаны прорези для приема воды.

Продольный уклон траншей для трубчатого дренажа должен быть не менее 0,005 – в исключительных случаях – от 0,002 до 0,003; наибольший допускаемый уклон – 0,15.

Рис. 10.10. Конструкция подкюветного дренажа: 1 – укрепление кювета; 2 – утрамбованный глинистый грунт; 3 – слой мятой глины; 4 – среднезернистый песок; 5 – щебень или гравий (фракции 5-7 мм); 6 – щебень или гравий (фракции 50-70 мм); 7 – дренажная труба 0,15-0,2 м; 8 – уплотненное трамбованным щебнем основание; 9 – водоупорный слой; 10 – супесь пылеватая; 11 – горизонт воды до устройства дренажа; 12 – кривая депрессии

Рис. 10.11. Конструкция закюветного дренажа: 1 – утрамбованный глинистый грунт; 2 – два слоя дерна корнями вверх или слой мятой глины; 3 – среднезернистый песок; 4 – щебень или гравий (фракции 5-7 мм); 5 – щебень или гравий (фракции 50-70 мм); 6 – дренажная труба 0,15-0,2 м; 7– водоупорный слой

Дренажи-прерыватели (преградители) проектируются для ограждения насыпи от обводнения из водоносного слоя, выклинивающегося под насыпью со стороны выемки; или от проникания воды по дренирующему слою из прилегающей выемки (рис. 10.12). В сторону от земляного полотна вода может отводиться дренажными устройствами или открытой канавой (рис. 10.13).

Рис. 10.12. Схема устройства дренажа-прерывателя для осушения насыпи: 1 – дренаж-прерыватель; 2 – суглинок; 3 – супесь; 4 – водоносный пласт; 5 – глина

Рис. 10.13. Схема устройства дренажа-преградителя с отводом воды открытой канавой в сторону от полотна: 1 – канава; 2 – прорезь преградителя; 3 – дренирующий слой; 4 – крупнозернистый песок; 5 – дно прорези; 6 – экран из водонепроницаемого материала

Поперечные перехватывающие прорези предусматриваются на участках дорог с продольным уклоном свыше 30‰ для устранения продольного движения воды в подстилающем слое. Эти прорези располагают под углом 70°-80° к оси дороги. Для отвода воды в прорези укладываются дренажные асбестоцементные, гончарные или полиэтиленовые трубы диаметром 80-100 мм с обсыпкой их дренирующим материалом (гравий, щебень, крупный песок) с коэффициентом фильтрации не менее 5 м/сут или обворачиванием геотекстильным материалом. При длине участка дороги с продольным уклоном свыше 30‰ менее 200 м перехватывающие прорези следует предусматривать в нижней части этого участка, а при большей длине – располагать на расстоянии в зависимости от удельного притока воды в «корыто» в весенний период и продольного уклона участка при подстилающем слое из песка крупного и средней крупности в соответствии с табл. 10.3. Выпуск воды из поперечных перехватывающих прорезей должен предусматриваться в закрытый водосток, на откосы насыпей и в кюветы выемок.

Таблица 10.3. Расстояние между поперечными прорезями

Уклон дороги, ‰	Расстояние, м, между прорезями при удельном притоке воды, л/(м3сут)
	1	2	3	4
30	260	130	80	50
45	350	170	100	70
60	400	200	130	80

К системе дорожного водоотвода можно отнести также подстилающий (дренирующий) слой дополнительного основания дорожной одежды, устраиваемый из песка, гравия и других крупнозернистых материалов, который собирает воду, проникающую в основание дорожной одежды через обочины, а также трещины и швы в покрытиях. Вода из песчаного слоя отводится в резервы или в боковые канавы, для чего этот слой выводится на откосы насыпи по всей длине дороги. В весенний период в дренирующий слой поступает также вода, выделяющаяся из верхних слоев земляного полотна при таянии ледяных прослоек, которые образовались на пучинистых участках в процессе зимнего влагонакопления.

Дренирующие песчаные слои устраивают в местах с постоянным избыточным увлажнением. В зависимости от ширины проезжей части и климатического района строительства песчаные материалы для устройства дренирующего слоя должны в уплотненном состоянии иметь коэффициент фильтрации от 3 до 10 м/сут.

В благоприятных гидрогеологических условиях сплошной вывод песчаного слоя на откосы насыпи иногда заменяют устройством дренажных воронок, заполненных хорошо дренирующим материалом (одноразмерным щебнем, галькой размером 40-60 мм и др.), по которым вода просачивается на откос земляного полотна. Дренажным воронкам придают сечение 0,4х0,2 м и располагают их через 4-6 м в шахматном порядке (рис. 10.14).

Рис. 10.14. Дренажные воронки: а – разрез по полотну дороги; б – примыкание воронки к песчаному слою при малых уклонах; в – то же при уклоне более 10‰; 1 – прослойка дерна или мха; 2 – щебень или гравий; 3 – дорожная одежда

Однако пропускная способность дренажных воронок невелика, и для отвода воды, заполнившей поры песчаного основания, требуется значительное время. Обочины, покрытые зимой более толстым слоем снега, чем проезжая часть, начинают оттаивать позже, чем грунт под проезжей частью. В результате этого в наиболее ответственный для службы дороги период весеннего оттаивания воронки находятся в промерзшем состоянии и не могут отводить воду, выделяющуюся при оттаивании грунта земляного полотна и скапливающуюся в песчаном основании под проезжей частью. Поэтому в местах с неблагоприятными грунтово-геологическими условиями (при удельном объеме притока воды в сутки q 0,005-0,007 м³/сут на 1 м² проезжей части, а также на участках с нулевыми отметками и в выемках) воду из дренирующего слоя отводят поперечными дренажами из асбестоцементных керамических или пластмассовых (гончарных) труб, укладывая их в основании земляного полотна у кромки проезжей части (рис 10.15). Вместо труб могут быть устроены прорези, заполненные крупным дренирующим материалом или фильтром из геотекстильных материалов.

Рис. 10.15. Дренажные трубы для осушения песчаного основания: а – продольная дрена: б – поперечная дрена; в – поперечная дрена в плане; 1 – обочина: 2 – дорожная одежда; 3 – песчаное основание