5.4. Проектирование испарительных бассейнов и поглощающих колодцев

В равнинной местности, когда нельзя отвести воду по боковым водоотводным канавам в естественные понижения местности или к водопропускным сооружениям проектируют в стороне от дороги испарительные бассейны. Эти бассейны представляют из себя котлованы, вокруг которых делают земляные валики, преграждающие доступ воды с окружающей местности (рис. 5.6). Иногда в качестве испарительных бассейнов используют сосредоточенные резервы. Вместимость одного бассейна не должна превышать 200–300 м³, глубина 1,5 м, а уровень воды должен располагаться на 0,6 м ниже отметки бровки насыпи.

Рис. 5.6. Испарительный бассейн:

1 – испарительный бассейн; 2 – дорога; 3 – древонасаждения; 4 – защитный земляной валик

Испарительные бассейны не рекомендуют устраивать в северных и центральных районах страны, где вследствие малой испаряемости, они могут способствовать заболачиванию местности.

Поглощающие колодцы возможно устраивать тогда, когда на небольшом расстоянии от дороги под относительно тонкими слоями (1–1,5 м) растительного грунта залегает большой мощности хорошо фильтрующий грунт.

5.5. Укрепление канав

При малых скоростях течения (V = 0,25 м/сек) взвешенные в воде частицы грунта выпадают в осадок и канава засоряется. Поэтому уклоны канав должны быть не менее 5 ‰, в исключительных случаях 3 ‰.

При больших скоростях течения грунт начинает размываться в связи с чем, дно и откосы канав следует укреплять.

Применяются следующие способы укрепления канав в зависимости от их уклона (табл. 5.1).

Таблица 5.1

Продольные уклоны канав

Тип укрепления	Уклоны, ‰
	песчаных	суглинистых
Без укрепления	До 10	До 20
Одерновка	10 – 30	20 – 30
Мощение	30 – 50	30 – 50
Перепады и лотки	> 50	> 50

В приведенных конструктивных решениях часто используются геосинтетические материалы: нетканые, сотовые, габионного типа и др.

При уклонах более 50 ‰ дну канав придают ступенчатый продольный профиль – перепады (рис. 5.7). Перепады устраивают из сборных железобетонных элементов, монолитного бетона, каменной кладки. Высоту перепадов p принимают 0,3–0,4 м. продольный уклон уступов i_o может быть сделан меньше уклона местности i.

Расстояние между уступами

.

Рис. 5.7. Схема ступенчатого русла канавы

Общее падение канавы на участке перепадов Н распределяется на несколько ступеней по числу перепадов n:

Н = np+ i₀ l (n – 1).

Вместо перепада иногда устраивают быстротоки, которые лучше вписываются в местность и требуют меньше работ по их устройству (рис. 5.8). Поскольку в быстротоке развиваются большие скорости, требуются гасители энергии, в качестве которых устраивают водобойные колодцы и стенки. В водобойном колодце энергия падающей воды поглощается массой воды в колодце.

Рассчитываются перепады и быстротоки по зависимостям, рассмотренным в курсе гидрологии.

Рис. 5.8. Гидравлическая схема быстротока

5.6. Дорожные сооружения системы подземного водоотвода

Предотвратить воздействие грунтовых вод на земляное полотно можно несколькими способами:

1. Возвышение бровки земляного полотна над расчетным уровнем грунтовых вод (III тип местности).

2. Устройство в теле земляного полотна прослоек для прерывания действия капиллярной воды.

3. Закладка дренажей – для перехвата и понижения уровня грунтовых вод.

Принцип действия дренажа – заглубленные ниже горизонта грунтовых вод дренажные прорези позволяют отвести воду, поступающую из водонасыщенного грунта за счет действия гидростатического давления.

Таким образом, вокруг дренажа образуется осушенный грунт, то есть понижается уровень грунтовых вод.

Целесообразно дренажи устраивать до водоупорного слоя – совершенный дренаж (рис. 5.9, а). в этом случае можно добиться полного осушения грунта под полотном устройством одной верховой дренажной прорези.

Если водоупорный слой залегает глубоко, то дренажную прорезь оставляют висящей в водоносном слое – несовершенный дренаж (рис. 5.9, б). В этом случае для осушения земляного полотна требуется, как минимум, две дренажные прорези, расположенные симметрично относительно оси дороги.

Рис. 5. 9. Закрытые дрены:

а – совершенные; б – несовершенные

Уровень воды вокруг дренажа располагается по некоторой параболической кривой, называемой кривой депрессии (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Схема к расчету подкюветного дренажа

Радиус действия дренажа R определяют по формуле

,

где Н – глубина заложения дренажа;

tgα – тангенс угла наклона хорды, стягивающей кривую депрессии, зависящий от свойств грунта водоносного пласта.

Глубина заложения дренажа Н зависит от глубины понижения горизонта грунтовой воды (ГГВ) в середине расстояния между дренами S и расстояния между дренажными прорезями L (рис. 5.10). Величины Н, S и L связаны квадратным уравнением

.

Обычно дрены располагают под кюветами, чтобы обеспечить удобства при ремонте дренажа, хотя наибольшего эффекта понижения ГГВ можно достигнуть, располагая дрену под осью проезжей части.

Конструктивно дренаж может быть выполнен так же в виде открытых канав, заглубленных в водоносный слой.

Но чаще применяют закрытый дренаж, представляющий из себя канаву, на дно которой уложены дрены-трубы (гончарные, асбестоцементные, пластмассовые). Вода в трубы попадает через отверстия, стыки звеньев или водопроницаемые стенки. Канавы заполнены дренирующим материалом по типу обратного фильтра: крупность частиц фильтра увеличивается сверху вниз по мере приближения к дрене. Сверху фильтра на слой дерна укладывают уплотненный грунт, предотвращающий поступление в дренах поверхностной воды.

Если устраивают совершенный дренаж, то лоток с дреной врезают в слой водоупора на 0,3–0,5 м. Закрытый дренаж устраивают ниже глубины промерзания, для того, чтобы он работал круглый год и особенно весной.

Если откосы выемки пересекают водоносные горизонты, устраивают дренаж вдоль откосов выемки с верховой стороны (рис. 5.11). Вода из дорожного дренажа должна выводиться по открытым или закрытым канавам на поверхность и сбрасываться в пониженные мета или водотоки.

Рис. 5.11. Экранирующий дренаж:

а – общая схема расположения дренажа; б – детали конструкции дренажа; 1 – дерн; 2 – утрамбованный глинистый грунт; 3 – два слоя дерна и грунт, обработанный битумом; 4 – песок; 5 – водоносный слой; 6 – кривая депрессии; 7 – водоупор; 8 – мелкий щебень или гравий; 10 – щебень, втрамбованный в грунт, 11 – дренажная труба; 12 – экран из глины или геомембраны