4. Методы устройства конструкций дорожного водоотвода и его содержание
Роли водоотводных устройств в дорожном строительстве уделяется недостаточное внимание как в индивидуальных и типовых решениях, так и в нормативном обеспечении, что является одной из главных причин преждевременного деформирования и разрушения водоотводных сооружений, а также нарушения требуемого транспортно-эксплуатационного и природоохранного функционирования автомобильной дороги и сооружений на ней.
Строительство экспериментальных участков с необоснованным применением на них новых водоотводных конструкций, низкий уровень производства работ, отсутствие необходимой техники и проведения работ по своевременному содержанию еще больше усугубляют существующее положение.
Для правильного эксплуатационного содержания дорожного водоотвода недостаточно только замечать происходящие на видимых частях водоотводных сооружений процессы, необходимо знать конструктивные особенности каждого сооружения и уметь сопоставлять происходящие с конструкцией процессы с ее возможностями.
Далее кратко рассмотрены методы строительства и содержания конструкций дорожного водоотвода, применяемые в России и зарубежных странах.
Поперечные уклоны проезжей части и обочин
Согласно схеме 1, водоотвод с поверхности автомобильной дороги осуществляется за счет придания поперечному профилю проезжей части и обочин уклонов. В период эксплуатации для обеспечения водоотвода поверхность обочин периодически планируется и профилируется автогрейдером с приданием им проектного уклона. Трещины, выбоины, просадки в покрытии и участки разрушений обочин своевременно ремонтируются во избежание застоя в них воды и ее дальнейшей миграции в нижележащие слои дорожной одежды.
Водопропускные трубы
Строительство водопропускных труб регламентировано в России нормативными документами, рекомендациями, методическими пособиями и ведется из конструкций в соответствии с действующими типовыми проектами. Методы ведения строительства водопропускных труб широко освещены в этих документах, поэтому целесообразнее в данной обзорной информации остановиться на принципах содержания дорожных водопропускных труб в эксплуатационный период.
Содержание водопропускных труб является неотъемлемой частью комплексной системы содержания автомобильной дороги. На прочность и устойчивость трубы помимо качества содержания оказывают влияние величина продольного уклона, фильтрующая способность грунтов основания и земляного полотна, характеристика водостока, длительность подтопления, сейсмичность, наличие твердого стока.
К работам по содержанию водопропускных труб относятся: очистка элементов труб от пыли, грязи, снега, льда; расчистка русла от наносов; пропуск паводковых вод, работы по защите труб от наводнений, заторов, размывов, наледей; технический учет труб и их состояния. К текущему ремонту относятся: исправление ограждающих и сигнальных устройств на проезжей части и земляном полотне дороги над трубой; ямочный ремонт покрытия и исправление отдельных слоев дорожной одежды; заделка трещин на видимых конструктивных элементах труб, заполнение швов, выравнивание лотков трубы и русла около трубы, устранение просадок около трубы и размыва откосов насыпи, локальное исправление укреплений насыпи [9].
Работы по содержанию должны проводиться круглогодично, текущий ремонт - по мере необходимости. Нарушение правил содержания водопропускных труб или их отсутствие может привести к разрушению дороги, перебоям в движении транспортных средств и вынужденным аварийно-восстановительным работам. Материальные затраты на восстановительные работы всегда многократно превосходят затраты на новое строительство, потому что такие работы внеплановые.
Удовлетворительное функционирование водопропускной трубы в эксплуатационный период зависит не только от ее состояния, но и от состояния сопрягающих сооружений и прилегающих к трубе конструкций земляного полотна и дорожной одежды.
Работы по оценке состояния сооружений включают текущие, периодические, сезонные осмотры, специальные или детальные обследования. Осмотры, как правило, производят визуально, используя при необходимости простейшие приборы и инструменты, а обследования проводятся с применением специального оборудования и передвижных лабораторий. Результаты осмотров являются основанием для планирования ремонтных работ, назначения мероприятий по подготовке сооружений к пропуску паводков и ледохода, организации длительных наблюдений за развитием дефектов, временного ограничения движения, организации охраны сооружения и определения необходимости проведения специальных осмотров.
Периодические осмотры проводятся после прохода паводков, ремонта дорожных сооружений, земляного полотна и отдельных конструкций автомобильной дороги. Текущие осмотры водопропускных труб выполняются не реже одного раза в полугодие. Специальные обследования водопропускных труб осуществляются по заключениям, выполненным на основе результатов текущих и периодических осмотров, а также в плановом порядке - не реже одного раза в 5-10 лет.
При текущем осмотре водопропускных труб детально проверяется состояние конструкции дорожной одежды, краевых и укрепительных полос, укрепления и устойчивости откосов земляного полотна, оголовков, звеньев трубы, лотков, а также сооружений подводящего и отводящего русл.
Подводящее и отводящее русла осматриваются на расстоянии не менее 50 м. Внимание обращается на разрушение укрепления дна русла; заиливание русла, кюветов и лотков трубы, наличие мусора в русле, кюветах и трубе; образование водоемов перед трубой и за ней; подмывы насыпи; эрозионные процессы на прилегающей территории.
В период паводков и после продолжительных ливневых дождей необходимо определять режим протекания воды в трубе, устанавливать наивысший уровень воды перед трубами и величину подпора, который сравнивается с расчетным уровнем.
Зимой, при отсутствии зимних паводков, отверстия труб закрываются щитами от заноса отверстий снегом. Весной щиты убираются, а лотки очищаются.
При наличии значительных деформаций - растяжка труб, смещение звеньев - производится перекладка отдельных звеньев трубы. Трубы, имеющие значительные повреждения, подлежат перестройке. При наличии повреждения гидроизоляции производится ее ремонт - труба на дефектном участке вскрывается, швы конопатятся паклей, пропитанной битумной мастикой. Пустоты, образовавшиеся после вымывания грунта через трещины, заполняются песчаным грунтом или пескоцементным раствором под давлением.
При ремонте укреплений на входе и выходе из трубы удаляется растительность, восстанавливается форма укрепления. При ремонте монолитных бетонных укреплений необходимо следить, чтобы уложенный цементобетон не имел острых углов, а его толщина не оказалась менее, чем полтора размера щебня в цементобетоне.
Перед началом работ старый цементобетон вырубается, поверхность очищается, смачивается водой и бетонируется снова.
Трещины с общим раскрытием до 0,5 мм, увеличивающиеся в размере под влиянием температуры и временных нагрузок не более чем на 0,1 мм, покрываются пленкообразующими материалами. Трещины с величиной раскрытия более 2 ммзаполняются под давлением полимерцементным раствором.
Если просадки над водопропускной трубой связаны с состоянием земляного полотна, то производится его ремонт. Если просадка возникает из-за разрушения водопропускной трубы, то производится ремонт отдельных звеньев, как в случае с железобетонной трубой, или заменяется вся конструкция, что наиболее часто характерно для металлических водопропускных труб.
Кюветы
Рытье нагорных забанкетных и водоотводных канав (кюветов) производится экскаваторами со специальным сменным оборудованием для срезки откосов; плужными канавокопателями; экскаваторами с обратной лопатой; грейдерами, приспособленными для работы на косогорах. Рытье канав выполняется до начала работ по возведению земляного полотна. После окончания разработки выемки необходимо нарезать кюветы и вывезти грунт. При нарезке нагорных и водоотводных канав на косогорах грунт в отвал укладывают вдоль канавы с низовой стороны.
Подкюветный или перехватывающий откосный дренаж выполняется экскаваторами с обратной лопатой и бульдозерами - при заполнении траншей.
Нарезка неглубоких водоотводных канав и канав поверхностного осушения (временный водоотвод) выполняется бульдозерами с дополнительным профильным ножом; бульдозерами с откосным отвалом и грейдером на прицепе. Рытье канав трапецеидального сечения глубиной до 0,8-0,9 м, шириной по дну до 0,8-1,0 м, с откосами 1:1,5 производится грейдерами с откосниками, автогрейдерами (без откосников), плужными канавокопателями.
Подкюветный дренаж (рис. 28) - двусторонний или односторонний - на автомобильных дорогах устраивают:
- при неглубоком залегании водоупора, в пределах 3 м от бровки земляного полотна, с полным перехватом грунтовых вод;
- при залегании на глубине более 3 м от бровки - висячим, для чего дренажные трубы укладывают на подушку из песка толщиной 10-15 см и на доски размером 50×180 мм;
- для полного перехвата грунтовых вод - дренажная колонка заглубляется в водоупорный слой не менее чем на 0,5 м.
Рис. 28. Схема устройства подкюветного дренажа: а - установка иглофильтров; б - рытье траншей экскаватором с погрузкой грунта; в - установка инвентарных креплении экскаватором; г - устройство основания под дренажные трубы, укладка труб; д - засыпка дренажных труб песком с разборкой нижних звеньев креплений; е - засыпка траншеи песком, разборка нижних звеньев креплений, уплотнение песка электровибратором; ж - устройство изолирующих слоев, удаление иглофильтров; з - отделка земляного полотна и нарезка кюветов автогрейдером; 1 - отметки выемки при установке иглофильтров; 2 - проектная отметка земляного полотна; 3 - иглофильтры; 4 - водоносный слой; 5 - водоупорный слой; 6 - кабель от передвижной электростанции; 7 - выдергиватель.
При разработке траншей для подкюветных дренажей при большом притоке грунтовых вод (более 1 л/с) необходимо осушить траншеи водоотливом или иглофильтровыми водопонижающими установками; в ряде случаев устраивают шпунтовые перемычки или замораживающий завес.
Дренажные трубы укладывают на тщательно подготовленное основание из слоя щебня толщиной 5 см, втрамбованного в грунт. Основание под трубы планируют с уклоном не менее 3 ‰ и не более 30 ‰; в случае большого природного уклона дренаж устраивают с перепадами. Траншею заполняют послойно одноразмерным щебнем или гравием (размером зерен 40-70 мм и верхний слой - размером зерен 5-10 мм) на высоту 30-40 см над трубой; затем дренаж заполняют средним или крупным песком до уровня грунтовых вод. Работу выполняют бульдозером. Для послойного уплотнения используют легкие механические трамбовки.
Для предохранения дренажа от засорения на песок укладывают два слоя дерна (корнями вверх) или обрабатывают грунт слоем битума толщиной 3 см. На дерн укладывают слой глинистого грунта, который уплотняют до оптимальной плотности. Поверхности дренажа придают уклон до 100 ‰.
При укладке дренажных труб через них протягивают оцинкованную проволоку с закреплением ее концов в колодцах, так как проволока используется при прочистке труб.
Если применяют асбестоцементные трубы, в их стенках пропиливают отверстия.
Места выпуска дренажа утепляют для предотвращения промерзания в зимнее время. Открытые лотки у выхода дренажей укрепляют сборными элементами или мощением с заливкой швов цементным раствором.
При устройстве поверхностного дренажа следует иметь в виду, что создание дренирующего слоя на всю ширину земляного полотна всегда технологичнее и дешевле трубчатого дренажа.
Укрепление кюветов и откосов земляного полотна производится засевом трав с планировкой; грунтом, обработанным в смесителях битумом, габионными матрасами и др. Кюветы также укрепляются цементобетоном, цементобетонными сегментами, цементобетонной плиткой или литой асфальтобетонной смесью, а откосы земляного полотна - мощением в клетку с одерновкой, георешеткой, геотекстилем, цементобетонной плиткой.
Для быстрого отвода воды с покрытия на участках с продольным уклоном более 30‰ устраиваются быстротоки (рис. 29) из цементобетонных плит размером 0,49×0,49×0,10 м вдоль земляного полотна в целях предохранения его от размыва. Для гашения скорости водного потока в конце быстротока устраивают водобойный уступ и лоток, пройдя который вода сбрасывается в водопропускную трубу или лог. Расположение быстротоков определяется по проекту, в составе которого должен быть план соответствующего участка автомобильной дороги с нанесенной осью быстротока.
Рис. 29. Быстроток, укрепленный цементобетонными плитами:
1 - щебеночное основание; 2 - цементобетонные плиты; h - глубина быстротока
До начала работ по устройству быстротока с водобойным уступом и лотком необходимо закончить работы по устройству покрытия, досыпке присыпных обочин и планировке откосов. К месту производства работ заблаговременно доставляются и раскладываются вдоль устраиваемого быстротока плиты размером 0,49×0,49×0,10 м и щебень.
До начала работ с помощью нивелира производится разбивка, выносится и закрепляется ось быстротока, обозначаются колышками контуры котлована и кювета. Кювет и котлован разрабатываются экскаватором, на дне котлована делается разбивка положения блоков водобойного уступа и лотка. Траншеи под блоки разрабатывают на 15-20 см шире проектной ширины для возможности регулирования положения блоков в плане.
Основание под плиты выполняется из щебня с толщиной слоя 5 см, который выравнивается и уплотняется. Ровность щебеночного основания проверяют трехметровой рейкой. Блоки водобойного уступа и лотка автомобильным краном устанавливают в подготовленную траншею, пазухи засыпают щебнем и уплотняют трамбовкой.
Для укладки плит разбивается базисопорная линия, натягивается шнур, а вертикальные отметки проверяются нивелиром. Укладка плит выполняется автомобильным краном, начиная от водобойного уступа. Первая плита ряда укладывается вплотную к шнуру, последующие - рядом с первой таким образом, чтобы между плитами оставался зазор шириной 1 см. Уложив 10-12 плит на дно кювета, приступают к укладке плит на откосы.
Уложенные плиты осаживаются на щебеночное основание с помощью трамбовки. После укладки плит зазоры между ними заделываются цементным раствором в определенной последовательности. Стенки швов смачиваются водой, по линии шва цементный раствор распределяется лопатами, затем с помощью кельмы раствор равномерно распределяется в зазоре шва, уплотняется металлической шуровкой, после уплотнения цементного раствора поверхность шва отделывают заподлицо с поверхностью плит с помощью кельмы. После того как цементный раствор потеряет подвижность, швы расшиваются с помощью шаблона и укрываются полиэтиленовой пленкой.
В эксплуатационный период кюветы очищаются от мусора и ила, на них периодически скашивается трава при достижении высоты травы 15 см и удаляется препятствующая водоотводу растительность, а участки, на которых нарушено укрепление, ремонтируются.