1299

Такие дрены называются совершенными. При глубоком залегании водоупора устраивают две'дрены, располагая их симметрично по обе стороны дороги, и оставляют их висячими, несовершенными (рис. 8.12, б).

Для определения необходимой глубины заложения несовершен­ ных дрен строят кривые депрессии (понижения) грунтовых вод, рассчитывают приток воды к дренам и их сечение (последнее ана­ логично приведенному выше).

Каждая из дрен осушает некоторое пространство, предельная: ширина которого, отсчитываемая в одну сторону от дрены, назы­ вается радиусом действия дренажа:

где tg а — тангенс угла наклона хорды, стягивающей кривую депрессии (см. табл. 8.5), зависящий от свойств грунта водоносного пласта.

Форма кривой депрессии представляет собой параболу второй степени (рис. 8.13) с уравнением изменения глубины вдоль по­ тока:

а)

77Г777~777т777~777777~777ш777777~777~777~777'

УГВ

7777777777777777777777777777777777777

7777777777777777777777777777777777.7

Рис. 8.12. Закрытые дрены:

о ■—совершенные; б — несовершенные

152

Порядок расчета висячего дренажа:

1) по условию неподтопляемости дренажного слоя дорожной одежды капиллярными водами назначается понижение уровня воды посередине дороги 5;

2) по известному значению S = H—h и расстоянию между двумя соседними висячими дренами L определяют глубину заложения дрены ниже уровня воды Я, решая для этого квадратное уравнение, следующее из зависимости (8.8),

(1 )4 +

При известном понижении 5 необходимая глубина заложения дрены

Н= S :(5 /Я );

3)приток отводимой воды на единицу длины дрены определя­ ется через коэффициент фильтрации К (двусторонний приток к каждой дрене)

На всю длину дрены расход притока грунтовых вод

Коэффициент фильтрации грунтов, в которых происходит пони­ жение грунтовых вод, определяют непосредственным испытанием полевых образцов грунта, взятых без нарушения их структуры.

Возможно также определение коэффициента фильтрации методом «пробных откачек и нагнетаний» в полевых условиях. Для ориентировочных расчетов можно пользоваться данными табл. 8.5.

153

Глава 9

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ МАЛЫХ МОСТОВ И ТРУБ

9.1. Общие данные

Малые водоотводные сооружения устраивают в местах пересе­ чения автомобильной дороги с ручьями, оврагами или балками, по которым стекает вода от дождей или таяния снега. Количество водопропускных сооружений зависит от климатических условий и рельефа, а стоимос.ть их составляет 8—15% общей стоимости авто­ мобильной дороги с усовершенствованным покрытием. Поэтому правильный выбор типа и рациональное проектирование водопро­ пускных сооружений, позволяющие индустриализировать их устрой­ ство, имеют большое значение для снижения стоимости строитель­ ства автомобильной дороги'.

Количество искусственных сооружений на 1 км дороги зависит главным образом от рельефа местности (табл. 9.1).

К основным видам водопропускных сооружений относят малые мосты и трубы. Меньшее распространение имеют другие типы со­ оружений, пропускающих воду переливом через земляное полот­ но,— лотки. Лотки, укрепляемые мощением, допускается применять на дорогах низших категорий (IV и V) при пересечении периоди­ чески действующих водотоков, с глубиной перелива не более 0,15—0,20 м.

Применявшиеся некоторое время фильтрующие водопропуск­ ные сооружения в виде наброски крупных камней, через которую просачивается вода, не оправдали себя в эксплуатации и могут ис­ пользоваться только как временные и на второстепенных дорогах, в местах, где стекающая вода не содержит наносов, заиливающих промежутки между камнями.

Большую *1асть водопропускных сооружений (более 95%), строящихся на автомобильных и железных дорогах, составляют трубы. Они не меняют условий движения автомобилей, поскольку их можно располагать при любых сочетаниях плана и профиля до­

154

требуют изменения типа дорожного покрытия. Кроме того, трубы строят полностью сборными, из железобетонных и бетонных эле­ ментов небольшой массы, что позволяет пользоваться кранами ма­ лой грузоподъемности.

Устройство мостов предъявляет более высокие требования к продольному профилю дорог. Расположение мостов на вертикаль­ ных и горизонтальных кривых или на больших продольных укло-: нах вызывает усложнение их конструкции. На мостах иногда при­ ходится применять иной тип покрытия, чем на подходах; значи­ тельная высота насыпи, например, при пересечении глубоких оврагов вынуждает строить даже при малых расходах воды мосты с большой длиной поверху, что приводит к значительному удорожа­ нию сооружения; вызывает затруднения и косое пересечение водо­ токов мостами.

Все указанные обстоятельства позволяют рассматривать трубы как основной тип малых водопропускных сооружений на постоян­ ных и периодически действующих водотоках. Мосты применяют только в тех случаях, когда трубы не могут обеспечить пропуск всей воды, притекающей к дороге.

В современном дорожном строительстве наибольшее распро­ странение находят железобетонные мосты и трубы стандартных типов из сборных элементов, заранее изготовленных на централи­ зованных базах. Основным типом железобетонных труб являются так называемые унифицированные трубы (круглые и прямоуголь­ ные), применяемые как для автомобильных, так и для железных дорог.

В горной местности на дорогах низших категорий иногда устраивают трубы на месте работ из каменной кладки насухо.

Для увеличения пропускной способности сооружения без повы­ шения высоты насыпи устраивают многоочковые трубы из уложен­ ных рядом нескольких труб. Наблюдения показали, что в этих слу­ чаях расход равномерно распределяется между трубами. Однако трубы с числом очков более четырех неэкономичны. В этих случаях следует переходить к мостам.

При пропуске расчетных паводков трубы должны работать, как правило, в безнапорном режиме, когда на всем протяжении соору­ жения поток соприкасается по свободной поверхности с воздухом. Как исключение на автомобильных, а иногда и на городских доро­ гах допускается полунапорный или напорный режим (с затоплен­ ным входом в сооружение) при условии принятия конструктивных мер, обеспечивающих устойчивость труб и земляного полотна про­ тив фильтрации воды.

При безнапорном режиме протекания воды возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы над уровнем воды должно обеспечивать пропуск плывущих случайных предметов и составлять в круглых и сводчатых трубах высотой до 3 м не менее lU высоты трубы в свету, а высотой более 3 м — не менее 0,75 м; в прямо­

155

угольных трубах высотой до 3 м — не менее 7в высоты трубы в свету, а высотой более 3 м — не менее 0,5 м.

На автомобильных и городских дорогах используют трубы от­ верстием не менее 0,75 м (в кюветах на съездах с дороги — не ме­ нее 0,5 м). В целях удобства эксплуатации рекомендуется приме­ нять при длине менее 20 м трубы отверстием не менее 1,0 м, а при большей длине — отверстием не менее 1,25 м. Трубы нельзя укла­ дывать на постоянных водотоках, где возможны наледи и ледоход. Не допускаются также трубы и при пересечении водотоков, несу­ щих карчи.

9.2. Определение объемов и расходов ливневых вод на малых водосборах

Количество воды, притекающей к сооружению с малого водосбо­ ра, поддается теоретическим расчетам, изучаемым в курсе гидроло­ гии, в ходе которых неизбежны различные допущения (условности) и погрешности. Наиболее трудно учесть ход дождя во вре­ мени, ход снеготаяния и впитывания воды в почву. Поэтому расхо­ ды и объемы воды с малых бассейнов вычисляют по нормам сто­ ка, т. е.,с одинаковой схематизацией для всех водосборов и со стан­ дартной оценкой метеорологических факторов стока в определенных географических районах. Проверкой норм стока является сопостав­

по. результатам длительных наблюдений за осадками и снеготая­ нием на метеостанциях, дающих возможность оценить вероятность больших и выдающихся ливней и интенсивностей снеготаяния, а также по значениям расходов воды, установленным по следам про­ хода паводков на местности, можно составить региональные (по­ районные) нормы стока, которые являются обычно более надеж­ ными.

При .отсутствии данных для составления региональных норм пользуются всесоюзными нормами стока. Общепризнанными для всех видов инженерного проектирования в СССР в настоящее вре­ мя являются нормы стока талых вод. Расчеты ливневого стока в проектных организациях различных ведомств выполняют по раз­ ным нормам.

Ливневые воды притекают к сооружениям по почти треуголь­ ному гидрографу. Максимальный расход, определяемый формулой (9.1), наблюдается очень краткое время. Поэтому расчетный рас­

156

ход в сооружении оказывается меньшим, чем максимальный расход притока к нему, в связи с аккумуляцией части объема стока в пру­ ду перед сооружением. Учет аккумуляции подробно рассмотрен в п. 9.5.

Гидрологические расчеты в СССР производят в соответствии со- СНиП.2.01.14-83 «Определение расчетных гидрологических харак­ теристик». Однако приведенный в этом документе расчет ливнево-? го стока неполон (отсутствует определение объема стока, необхо­ димого для учета аккумуляции). В связи с этим для проек­ тирования малых водопропускных сооружений в транспортном строительстве расчет, рекомендованный в СНиП 2.01.14-83, не обя­ зателен.

Принцип расчета стока с малых водосборов, так называемый метод предельных интенсивностей, использованный в СНиПе, мо­ жет быть реализован и в других модификациях, наиболее подходя­ щих для расчета транспортных сооружений. Одним из таких спо­ собов является расчет, разработанный МАДИ и Союздорпроектом.

В основе расчета лежит общая формула ливневого стока

большую, чем больше водосбор.

Учитывая задержку проникания воды в грунт при сильных лив­ нях, т. е. фактические условия образования ливневого стока, коэф­ фициент стока а рекомендуется принимать равным 1.

По данным Союздорпроекта, для площадей до 100 км2 коэффи­ циент редукции может быть подсчитан по формуле

где Кл — климатический коэффициент; Кд = ачас -бО2/3.

Вводя в расчет интенсивность ливня часовой продолжительно­ сти (эти ливни хорошо изучены), получаем

где аЧас — средняя интенсивность ливня часовой продолжительности, мм/мин;

Принцип предельных интенсивностей заключается в том, что за расчетную, самую опасную продолжительность ливня принима­

157

тенсивности ливня часовой продолжительности к расчетной. Зна­ чения интенсивности часового ливня приведены в табл. 9.3. Номер ливневого района устанавливается по карте-схеме (<рис. 9.2). (Таб­ лица и карта разработаны Б. Ф. Перевозниковым в Союздорпроекте.)

Скорость добегания может быть определена по данным Д. Л. Со­ коловского, который показал, что главным фактором, определяю­ щим скорость, является уклон бассейна I. При обработке этих дан­ ных в МАДИ получено, что для обычных задернованных поверх­

Для гладких поверхностей (дорожные одежды, асфальтирован­ ные дворовые территории в городах и пр.).

нистые почвы

158

Значения переходных коэффициентов K t= (60иДОб/£)2/3 опреде­ лены для задернованных пЬверхностей бассейнов (табл. 9.4). При продолжительности ливня 5 мин и менее коэффициент Kt достигает предельного значения (Kt = 5,24). Этому соответствует так назы­ ваемый полный сток с коротких бассейнов, на которых устанавли­ вается длительное течение воды с постоянным расходом Qnc в за­ мыкающем створе.

Для бассейнов с гладкими поверхностями табличные значения удваиваются, но и они не могут быть более 5,24, что отвечает пол­ ному стоку.

Таким образом, расчетная формула расхода ливневого стока после подстановки зависимости (9.6) в (9.1) получает вид

Объем ливневого стока определяется как произведение слоя стока hn на коэффициент редукции и площадь водосбора F. При этом принимают а = 1 (см. выше)

160