В обзорной информации отражен обширный опыт проектирования и строительства систем поверхностного водоотвода на автомобильных дорогах с различными схемами его организации, конструктивными элементами водосборных и водосбросных сооружений, получивших применение в отечественном и зарубежном дорожно-мостовом строительстве.

Обзорная информация является наиболее полной работой по данной теме. В ее основу положены результаты анализа, систематизации и обобщения основных схем организации водоотвода и геометрических параметров стекания автомобильных дорог, мостов, разделительных полос, транспортных развязок и испытательных полигонов с различными очертаниями поперечных и продольных профилей. В обзорной информации приведены результаты дополнительных исследований обобщений имеющегося опыта, выполненных в связи с необходимостью изучения результатов научных исследований и разработок, проведенных в последние годы, а также требований современной нормативной базы на проектирование автомобильных дорог.

Обзорная информация содержит практические рекомендации и восполняет пробел знаний, которые необходимы инженерно-техническим работникам дорожно-мостовой отрасли.

Обзор подготовили засл. деятель науки РФ,

д-р техн. наук, профессор,

академик Академии транспорта России

Б.Ф. Перевозников (Союздорпроект),

канд. техн. наук А.А. Ильина


(ОАО «Мосавтодор и партнеры»)

ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЛУЖБА ДОРОЖНОГО ХОЗЯЙСТВА МИНИСТЕРСТВА ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

1. ВВЕДЕНИЕ

Для автомобильных дорог России, особенно в последние годы, характерным является резкий рост интенсивности движения с преобладанием в транспортном потоке легковых автомобилей, что обусловливает возрастание требований к качеству проектирования, строительства и содержания автомобильных дорог и сооружений на них, а также необходимости доведения параметров и показателей качества до уровня мировых стандартов.

Тем не менее, некоторым вопросам, определяющим показатели транспортно-эксплуатационного состояния автомобильных дорог, в частности, функционированию системы водоотвода, уделяется недостаточное внимание. Подобное отношение к вопросам организации поверхностного водоотвода с проезжей части автомобильных дорог приводит к снижению прочности дорожных одежд, нарушению устойчивости земляного полотна, сокращению межремонтных сроков дорог и искусственных сооружений, снижению уровня безопасности и удобства движения транспортных средств и загрязнению окружающей среды.

В отечественной практике проектирования исследования по разработке системы поверхностного водоотвода с проезжей части и разделительных полос на автомобильных дорогах I - III категорий были начаты в 1967 г. в Союздорпроекте. В результате этих исследований была разработана методика расчета и регулирования максимального поверхностного стока; обобщены все возможные схемы организации поверхностного водоотвода; создана типовая схема организации отвода воды с проезжей части и разделительных полос для дорог I - III категорий безбордюрного профиля, состоящая из дождеприемных колодцев, прикромочных продольных лотков, откосных телескопических лотков и водобойных устройств в концевых участках этих откосных лотков; разработаны мероприятия по отводу поверхностной воды от земляного полотна, при устройстве транспортных развязок и мостов, от подтопляемых насыпей и испытательных сооружений; разработаны мероприятия водоотвода по предотвращению эрозионных и оползневых процессов, а также по очистке сточных вод.

На основании этих исследований в 1976 г. и 1984 г. в Союздорпроекте были разработаны типовые решения по водоотводным сооружениям на внегородских автомобильных дорогах общей сети СССР [1]. Результаты этих исследований также составили основу типового проектирования водоотводных устройств и дорожных одежд.

В основу разработки схемы водоотвода с проезжей части автомобильных дорог были положены: ширина проезжей части и другие геометрические параметры дорог, регламентированные СНиП II -Д.5-72 «Автомобильные дороги», а также методология расчетов поверхностного стока с микробассейнов и ливневое районирование территории России и нынешних стран СНГ.

Мероприятия, разработанные в Союздорпроекте за период 1967 - 1984 гг. получили практическое применение на многих объектах дорожно-мостового строительства в России и за рубежом.

Так, проблема водоотвода на автомобильных дорогах впервые приобрела конкретную значимость для всего дорожного комплекса и стала представлять собой одно из основных направлений по исследованию, развитию и совершенствованию методологических разработок по организации системы дорожного водоотвода и очистки сточных вод.

Однако, несмотря на наличие методов типового обоснования инженерных решений по устройству поверхностного водоотвода, ряд вопросов как типового, так и индивидуального проектирования до сих пор нуждаются в углубленном изучении и обобщении накопленного опыта.

В современных условиях типовые решения по организации водоотвода с поверхности проезжей части автомобильных дорог и разделительных полос, представляющие собой жестко регламентированные однотипные конструкции и размеры как прикромочных, так и откосных лотков для дорог всех категорий и условий применения, не отвечают требованиям нормативного обеспечения транспортно-эксплуатационных показателей современных скоростных многополосных дорог и могут быть лишь основой для проведения последующих исследований, накопления опыта и его обобщения.

Водоотводные сооружения, построенные в прошлые годы, характеризовались различной степенью гидрологической обоснованности их функционирования и отсутствием систематичности методологических подходов к их выбору и назначению. За последние годы применения типовой схемы дорожного водоотвода были выявлены многочисленные случаи ее недостаточности. Это вызвано тем, что в нормативно-технической базе проектирования автомобильных дорог произошли значительные изменения и, в частности, взамен СНиП II -Д.5-72 в 1987 г. был введен в действие СНиП 2.05.02-85 [2] .

На основании этого, а также в связи с необходимостью изучения результатов научных исследований, проведенных в последние годы, и требований современной нормативной базы на проектирование автомобильных дорог, целесообразным явилось проведение дополнительных исследований и обобщений имеющегося в России и за рубежом опыта проектирования систем дорожного водоотвода.

Научное обоснование различных систем организации отвода воды с поверхности автомобильных дорог является неотъемлемой частью их совершенствования. На основании этого требования далее приведены результаты исследований и систематизации принципиальных схем дорожного водоотвода и очистки сточных вод с точки зрения их целесообразности и применимости для различных климатических и геолого-гидрологических условий.

2. КОНСТРУКТИВНЫЕ СХЕМЫ ОТВОДА ВОДЫ С ПОВЕРХНОСТИ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

Автомобильные дороги и искусственные сооружения на них в процессе эксплуатации подвергаются разрушающим воздействиям от атмосферных осадков и поверхностного стока, что отрицательно влияет на их транспортно-эксплуатационные характеристики.

Дождевые осадки оказывают определяющее воздействие на изменение водно-теплового режима земляного полотна и дорожных одежд. На основе результатов многочисленных экспериментальных исследований, проведенных в различных странах, было доказано, что влажность грунта земляного полотна возрастает при уменьшении расстояния от горизонта грунтовых вод, при уменьшении расстояния от фильтрующего слоя, а также при увеличении среднего количества осадков за 15 сут.

Температурные швы и мелкие трещины в дорожных покрытиях со временем пропускают воду в количестве, более чем достаточном для появления разрушений. В процессе эксплуатации в асфальтобетонных покрытиях появляются усталостные трещины вследствие динамических нагрузок и деформаций дорожной одежды, в цементобетонных покрытиях всегда имеются трещины в местах сопряжения с обочинами, а температурные швы со временем теряют водонепроницаемость.

Наибольший вред устойчивости дорожной конструкции причиняет свободная вода, находящаяся в конструктивных слоях дорожной одежды. Давление от колес транспортных средств вызывает перемещение этой воды в слоях дорожной одежды и их разрушение. Свободная вода в зернистом слое основания дорожной одежды при динамических нагрузках может снизить его прочность на 25 % и более.

Интенсивные кратковременные летние дожди не оказывают существенного влияния на повышение влажности грунта земляного полотна из-за недостатка влажности воздуха и значительного испарения. Однако понижение температуры воздуха способствует миграции к поверхности покрытия связанной воды, содержащейся на различных глубинах промерзающего грунта земляного полотна.

Дождевые осадки, выпадающие в летний период с недостаточной влажностью воздуха, непосредственно влияют на состояние покрытия и безопасность движения транспортных средств. Вода, задерживаясь на дорожном покрытии, приводит к возникновению в зоне контакта шины с покрытием водяного клина, который растет по мере увеличения скорости движения. Возникает эффект аквапланирования, при котором колесо полностью теряет продольное и поперечное сцепление.

Наибольшее количество дорожно-транспортных происшествий, вызванных низкими сцепными качествами дорожных покрытий, происходит именно на мокрых покрытиях, когда не обеспечен отвод воды. Эффект аквапланирования имеет место при определенных скоростях движения автомобиля и определенной толщине пленки воды на покрытии, которая зависит от интенсивности дождя, продольного и поперечного уклонов, шероховатости проезжей части и длины участка стока.

Все это указывает на необходимость проведения комплекса предварительных исследований гидрологических, геологических и климатических условий строительства автомобильной дороги с целью правильного выбора и назначения схемы организации отвода воды с поверхности покрытия проезжей части.

Особенности строительства автомобильных дорог в районах с различными природно-климатическими условиями, конструкций поперечного и продольного профилей земляного полотна, разнообразие сочетаний продольных и поперечных уклонов автомобильных дорог, микробассейнов стокообразования, многообразие сооружений дорожного водоотвода определяют особые условия формирования поверхностного стока и специфику схем организации водоотвода.

Расчетные параметры поперечного профиля земляного полотна и проезжей части внегородских автомобильных дорог назначаются в зависимости от категорий автомобильных дорог, интенсивности движения, особенностей продольного профиля, числа полос движения и др. [2].

С целью своевременного отвода воды с поверхности покрытия проезжая часть автомобильных дорог всех категорий принимается с двускатным поперечным профилем на прямолинейных участках. Поперечные уклоны проезжей части следует назначать в зависимости от числа полос движения и климатических условий. При радиусах кривых в плане менее 3000 м для дорог I категории и менее 2000 м для дорог других категорий, исходя из условия безопасности движения, предусматривается устройство виражей.

Поперечный уклон обочин для автомобильных дорог с двускатным поперечным профилем назначается на 10 - 30‰ больше поперечного уклона проезжей части во избежание застоя воды на обочинах и их размывов. С целью повышения уровня безопасности и удобства движения рекомендуется устраивать укрепленную полосу обочины по типу основной проезжей части, а обочины укреплять вяжущими материалами, щебнем, гравием, шлаком, бетонными плитками или засевом трав в зависимости от климатических условий и назначения автомобильной дороги. Поперечный уклон обочин на вираже принимается одинаковым с уклоном проезжей части автомобильной дороги.

В настоящее время в практике проектирования и строительства автомобильных дорог в России и зарубежных странах существуют следующие схемы организации поверхностного водоотвода.

Схема 1 . Характеризуется свободным стеканием воды по поверхности проезжей части автомобильной дороги на обочины, далее на откосы и затем в боковые водоотводные канавы (кюветы). Скорость стекания воды в этом случае определяется параметрами продольных и поперечных уклонов проезжей части и обочин, нормированных СНиП 2.05.02-85 [2], состоянием покрытия проезжей части, а также его типом, регламентированным типовым проектом на дорожные одежды. На рис. 1 представлены системы организации поверхностного водоотвода применительно к схеме 1, распространенные в России и зарубежных странах [3] .

Такая схема широко применялась и применяется на автомобильных дорогах всех категорий. При этом для защиты от размывов необходимо укреплять откосы земляного полотна и кюветы. Типы укреплений кюветов и откосов земляного полотна в насыпях и выемках назначаются в каждом конкретном случае в зависимости от геологических, гидрологических и климатических условий проложения автомобильной дороги.

Поперечные сечения водоотводных сооружений назначаются на основе результатов гидрологических и гидравлических расчетов. Согласно требованиям [2]. продольный уклон водоотводных канав должен быть не менее 5‰, а в исключительных случаях - 3‰, что объясняется необходимостью обеспечения своевременного и быстрого отвода поверхностных вод.

Рис. 1. Система организации поверхностного водоотвода на автомобильных дорогах:

а - Павловская - Краснодар - Новороссийск - Крымск;

б - Терекбалинт - Биаторбадь (Венгрия); в - дорога № 9 в КНДР

Схема 2 . Характеризуется свободным стеканием воды по поверхности проезжей части автомобильной дороги к прикромочным водосборным лоткам, располагаемым с обеих сторон проезжей части, далее в открытые откосные водосбросные лотки, установленные через определенные расстояния друг от друга, затем в водоотводные укрепленные канавы, очистные сооружения или на прилегающую территорию. Эта схема применяется на автомобильных дорогах I - III. иногда - IV категорий (рис. 2, 3).

Рис. 2. Система организации поверхностного водоотвода на автомобильной дороге Москва - Ярославль - Вологда - Архангельск ( 1996 г .)

Рис. 3. Организация поверхностного водоотвода на одной из автомобильных дорог в Дмитровском районе Московской обл. ( 2000 г .)

В соответствии с этой схемой система поверхностного водоотвода на территории России и ряда зарубежных стран включает типовые железобетонные водосборные прикромочные и водосбросные откосные телескопические лотки, а также укрепленные водоотводные канавы.

На основе схемы 2 разработано множество различных водоотводных схем, одна из которых была применена в 1994 г. на трансконтинентальной автомагистрали «Принц» в Гвинее (рис. 4). Схема отвода воды с проезжей части автомобильной дороги была разработана в Союздорпроекте и включала сбор поверхностного стока в железобетонные прикромочные лотки прямоугольного очертания и дальнейший его сброс в водоприемные колодцы и на прилегающую территорию. Подобная схема была обусловлена прохождением автомобильной дороги в сильно пересеченной местности в выемках и насыпях с минимальными высотами, что создало определенные сложности в выборе и назначении схемы поверхностного водоотвода.

Такая же схема отвода воды, включающая железобетонные прикромочные прямоугольные лотки, была применена в 1971 г. в Афганистане на автомобильной дороге Кундуз - Файзабад (рис. 5, а).

Рис. 4. Организация поверхностного водоотвода на трансконтинентальной автомагистрали «Принц» в Гвинее ( 1994 г .)

На отдельных участках дорога был установлен лоток с боковой частью, заменяющей бордюр, с прорезями по 20 см через каждый метр (рис. 5, б).

Рис. 5. Система организации поверхностного водоотвода на автомобильной дороге Кундуз - Файзабад (Афганистан) с водосбросными лотками: а - прямоугольного поперечного сечения; б – трапецеидального поперечного сечения; 1 - проезжая часть; 2 - прорези по 20 см через 1 м ; 3 - тротуар; 4 - основание из гравийного материала

Одной из разновидностей схемы 2 является система поверхностного водоотвода, применяемая на участках невысоких насыпей в Индии [4]. Эта система включает устройство цементобетонных берм, водосливов переменного сечения и открытых откосных лотков треугольного сечения (рис. 6, а). При этом откосы насыпи укрепляются засевом трав, а в нижнем бьефе откосных лотков устраивается бетонный зуб. На затяжных участках с постоянным продольным уклоном возможно устройство водослива с расширенным поперечным сечением и открытого лотка треугольного поперечного сечения, располагаемого на откосе под определенным углом (рис. 6, б).

Рис. 6. Система поверхностного водоотвода с устройством откосных лотков треугольного сечения на автомобильной дороге в Индии:

а - переменного сечения; б - с расширенным поперечным сечением

Схема 3. Характеризуется свободным стеканием воды по поверхности проезжей части автомобильной дороги к бордюрам, располагаемым с обеих сторон проезжей части, далее в открытые откосные водосбросные лотки, располагаемые через определенные расстояния друг от друга, затем в водоотводные укрепленные русла, очистные сооружения, закрытую канализацию или на прилегающую территорию. Эта схема получила широкое применение при реконструкции МКАД, на внегородских автомобильных дорогах I - II категорий, городских мостах, путепроводах и улицах, а также дорогах промышленных предприятий (рис. 7).

Рис. 7. Система организации поверхностного водоотвода на участках автомобильной дороги Рублево-Успенское шоссе ( 1998 г .):

а - с шестиполосным движением; б - с раздельными проезжими частями

Одной из разновидностей является схема, при которой поверхностные воды, стекающие по проезжей части автомобильной дороги в предбордюрное пространство, сбрасываются в дождеприемные колодцы, далее в закрытую ливневую канализацию и на очистные сооружения. Дождеприемные колодцы располагаются непосредственно у бордюра в плоскости проезжей части или в плоскости бордюра, кроме того, возможно одновременное устройство дождеприемников в плоскости проезжей части и бордюра. Такая схема широко применяется в городах и на участках подходов к путепроводам и мостам.

В городских условиях дождеприемные колодцы располагаются непосредственно в покрытии автомобильной дороги в переломных точках вогнутого продольного профиля и вдоль бордюрного камня (рис. 8, а), а также под тротуарами (рис. 8, б).

Рис. 8. Система организации поверхностного водоотвода на городских автомобильных дорогах:

а - в Австрии; б - в Германии;

1 - бордюр; 2 - газон; 3 - велосипедная дорожка; 4 - дождеприемный колодец; 5 - тротуар

Зачастую на внегородских дорогах устраивается система поверхностного водоотвода, включающая совместное применение бордюров и укрепленных бетонными плитками кюветов (рис. 9).

Рис. 9. Система организации поверхностного водоотвода на автомобильной дороге Будапешт - Геделе в Венгрии ( 1980 г ):

1 - бетонная плитка 10?60?10 см; 2 - бетонная подушка

Рассмотренные схемы организации отвода воды с поверхности автомобильных дорог являются основополагающими в практике проектирования и строительства и на их основе разработано огромное количество систем поверхностного водоотвода с различными комбинациями водоотводных конструкций, поэтому их необходимо рассматривать как при новом строительстве, так и при реконструкции существующих автомобильных дорог и мостовых переходов.

Особое внимание при организации поверхностного водоотвода, согласно этой схеме, следует уделять узлам сопряжения прикромочных и откосных сооружений, участкам входа в откосный лоток, водогасителям в концевой части откосных лотков, укреплению нижнего бьефа откосного водосбросного сооружения и участкам его сопряжения с продольными водоотводными канавами, очистными сооружениями и прилегающей территорией.

В последнее годы все чаще возникает необходимость сопряжения систем поверхностного водоотвода внегородских и городских автомобильных дорог. В случае пересечения дорог в одном уровне наиболее приемлемым является устройство закрытой ливневой канализации, тем не менее, назначение окончательной схемы водоотвода должно быть согласовано с организациями, проектирующими, строящими и эксплуатирующими внегородские и городские автомобильные дороги.

В процессе проектирования системы водоотвода необходимо предусматривать не только постоянный, но и временный (на период строительства) водоотвод, а также четко определять первоочередность устройства водоотводных конструкций, обеспечивающих отвод воды до начала разработки выемок, котлованов и других сооружений.

При строительстве автомобильных дорог в районах с высокой сейсмичностью и возможностью возникновения толчков силой более 7 баллов по шкале Рихтера следует производить дополнительные расчеты на устойчивость откосов выемок в случае расположения в них водоотводных канав и перепадов; самих водоотводных конструкций; достаточности заглубления упоров фундаментов и зубьев в соответствии с требованиями [5]. Типовые решения водоотводных конструкций, разработанные в Союздорпроекте, рассчитаны на воздействие толчков силой 7 баллов, поэтому дополнительные расчеты для случая возникновения более слабых толчков не требуются.

При строительстве автомобильных дорог капитальность водоотводных сооружений оценивается в зависимости от их предназначения, согласно нормам на проектирование и в соответствии со значениями расчетных вероятностей превышения (ВП) максимальных расходов воды.

Основой расчетов и разработок является выполнение условия, при котором вычисленная величина расхода воды расчетной вероятности превышения должна быть не менее максимальной, наблюдавшейся за рассматриваемый период времени. Это требование особенно важно учитывать при обработке непродолжительных рядов наблюдений (50 лет и менее), при наличии одного или нескольких выдающихся максимумов, а также длительных рядов, не имеющих резко выраженного наибольшего максимума.

Согласно СНиП 2.05.02-85 [2]. вероятность превышения расчетных расходов воды при проектировании водоотводных канав и кюветов следует принимать для автомобильных дорог I - II категорий - 2 %, III категории - 3 %, IV - V категорий - 4 %. При проектировании системы поверхностного водоотвода мостов и дорог вероятность превышения рекомендуется принимать для автомобильных дорог I - II категорий - 1 %, III категории - 2 %, IV - V категорий - 3 %.

Применительно к системе поверхностного водоотвода автомобильных дорог эти вероятности превышения лишь косвенно отражают необходимость их учета. В результате отсутствия четких рекомендаций в действующих нормативных документах до настоящего времени проектные организации решают вопрос о назначении ВП по своему усмотрению в каждом конкретном случае. Все это зачастую приводит к устройству неравнопрочных водоотводных конструкций на автомобильных дорогах одной и той же категории.

Назначение различных величин ВП для автомобильных дорог одинаковых категорий и капитальности сооружений приводит к несоответствию технического уровня дорожных объектов нормативным требованиям в случае паводков редкой повторяемости (1 - 2 %) в период эксплуатации автомобильных дорог в зонах с малой вероятностью их возникновения.

Завышение значений расходов при расчете системы поверхностного водоотвода является причиной необоснованных строительных затрат. Напротив, снижение степени ответственности водоотводных сооружений позволяет уменьшить их строительную стоимость, однако абсолютно не гарантирует устойчивость сооружений при пропуске больших паводков.

Рациональность назначения ВП связана со всеми конструктивными элементами автомобильной дороги: земляным полотном, проезжей частью, разделительной полосой, водоотводными сооружениями и определяет условия безопасности движения транспортных средств по дороге, а также ее устойчивость под воздействием гидрометеорологических факторов. Следовательно, критерии вероятности превышения необходимо назначать в строгом соответствии со степенью ответственности возводимых объектов и сооружений на основании требований действующих нормативных и отраслевых руководящих документов.

В случае защиты от подтопления поверхностным стоком особо ответственных объектов непрерывного действия (котельных, населенных пунктов, очистных сооружений, энергетических комплексов и др.) капитальность водосборных и водоотводных сооружений следует устанавливать такой же, как и у защищаемых объектов.

3. ОСОБЕННОСТИ ОТВОДА ВОДЫ С ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫХ ПОЛОС, ТРАНСПОРТНЫХ РАЗВЯЗОК, ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ ПОЛИГОНОВ И ПОДТОПЛЯЕМЫХ НАСЫПЕЙ

Отвод поверхностных стоков с разделительных полос, транспортных развязок, испытательных полигонов и подтопляемых насыпей характеризуется рядом особенностей, которые обусловлены различными очертаниями поверхностей стекания в плане, наличием замкнутых площадей стекания и съездов с большими продольными и поперечными уклонами, примыканием к городской территории и т.п.

На автомагистралях необходимо дополнительно обеспечивать отвод поверхностных вод с разделительной полосы и их вывод за пределы земляного полотна. Принципы организации поверхностного водоотвода с разделительных полос подробно рассмотрены в работе [6] .

Система отвода воды с поверхности транспортных развязок и съездов включает обеспечение беспрепятственного стока воды по покрытию проезжей части за счет придания ему соответствующих продольных уклонов, укрепление обочин и устройство водосбросньгх лотков, располагаемых на откосах насыпи через определенные расстояния.

В том случае, когда съезды транспортных развязок проходят в насыпях и поверхность между съездами сохраняется в естественном состоянии, для отвода воды в пониженных точках замкнутых площадей устанавливаются водопропускные трубы. Допускается не устанавливать водопропускные трубы при малых площадях водосбора в пределах развязок в том случае, когда обеспечивается достаточная фильтрация поверхностного стока в грунт на основании соответствующих расчетов.

При устройстве транспортных развязок в выемках и сохранении естественного состояния площадей съездов система водоотвода включает устройство кюветов, водоперепускных лотков и труб.

Когда транспортная развязка примыкает к городской застройке, следует устраивать закрытую ливневую канализацию, при необходимости сопрягая ее с существующей системой водоотвода. Местоположение дождеприемных колодцев и закрытых водостоков необходимо согласовывать с возможностью подключения к имеющейся водоотводной сети и с учетом ее пропускной способности.

Перед началом работ по реконструкции существующей системы водоотвода необходимо произвести комплекс гидравлических расчетов. В случае переустройства существующей водоотводной системы при строительстве или реконструкции автомобильной дороги в зоне, примыкающей к жилой застройке, гидрологические и гидравлические расчеты следует производить с учетом дополнительного пропуска поверхностного стока с жилой территории и условий его регулирования применительно к расчетной вероятности превышения.

Особое внимание следует уделять вопросам проработки систем организации водоотвода с поверхности мостов и путепроводов.

Водоотвод с поверхности мостов и путепроводов обеспечивается системой продольных и поперечных уклонов. Наиболее целесообразными являются продольные уклоны не менее 5‰ и поперечные уклоны не менее 15 - 20‰.

В настоящее время применяются две основные схемы организации водоотвода с проезжей части мостов и путепроводов.

Схема, применяемая на мостах и путепроводах с числом полос движения не более шести, предусматривает сбор поверхностных стоков вдоль тротуаров с последующим сбросом в откосные лотки на подмостовых конусах или закрытую ливневую канализацию.

Вторая схема, применяемая на больших мостах и путепроводах со значительной шириной проезжей части, включает систему отвода воды с помощью поперечных выпусков через водоотводные трубки и тротуарные блоки под мост или путепровод, а в ряде случаев через дождеприемные колодцы с последующим сбросом в ливневую сеть.

Схема организации водоотвода назначается в каждом конкретном случае индивидуально, а количество поверхностного стока, размеры и местоположение водоотводных сооружений определяются расчетом.

При расходах воды, стекающей с поверхности мостов и путепроводов, менее или равной 0,041 м 3 /с, на откосах устанавливаются малые телескопические лотки Б-6. При расходах воды более 0,041 м 3 /с выбираются иные размеры конструкций откосных лотков, определяемые расчетным расходом поверхностного стока.

В случае организации системы водоотвода на мостах и путепроводах с раздельными проезжими частями, а также при строительстве автомобильных дорог в непосредственной близости от водотоков отвод поверхностных вод осуществляется вдоль проезжей части с последующим их сбросом в откосные водосбросные лотки.

При пересечении железных или автомобильных дорог высоких категорий, во избежание попадания воды и загрязнения проезжей части дорог, располагаемых уровнем ниже, целесообразно сбрасывать поверхностные стоки с городских мостов или путепроводов в ливневую канализацию. В ряде случаев поверхностные воды отводятся специальными водоотводными желобами на разделительную полосу, в кюветы либо в дожде -приемные колодцы закрытой водоотводной сети.

В районах паводкового подтопления необходимо обеспечивать устойчивость подмостовых конусов и водосбросных лотков, расположенных на подмостовых откосах между мостами под раздельные проезжие части автомобильных дорог.

Независимо от типа укрепления откосов подтопляемых насыпей всегда возникает необходимость отвода воды, собирающейся на поверхности автомобильной дороги, через укрепляемые откосы подтопляемых насыпей. При этом сброс воды осуществляется на укрепленный откос без устройства откосных лотков, либо на откосе подтопляемой насыпи устраивается откосный лоток. Оба этих решения предусматривают организованный сбор и сброс воды через определенные расстояния на откос или в откосные водосбросные лотки.

В местах организованного сброса поверхностных вод возникают значительные скорости течения воды, что указывает на необходимость укрепления откосов цементобетоном и железобетоном. Однако и в случае укрепления откосов зачастую в результате проникания стекающей воды под укрепление имеют место размывы подстилающего слоя и деформации покрытий откосов. Деформации укреплений возникают в случае равномерного стекания воды с поверхности дороги по откосам, что особенно проявляется в районах с большим количеством ливневых осадков и при устройстве комбинированного укрепления, когда в нижней части подтопляемого откоса устраиваются габионы, бетонные плиты, а верхняя часть укреплена засевом трав.

Конструкция водоотводных лотков на откосах подтопляемых насыпей назначается с учетом разрушающих воздействий речного потока (судовых и ветровых волн, скорости течения вдоль насыпи, ледохода, карчехода, размывов у подошвы насыпей). Одним из таких существенных требований является необходимость устройства откосных лотков при сохранении прочности конструкции укрепления. При этом конструкция лотков должна быть единым целым с принятым укреплением и не являться источником его разрушения. На основании этого чаще всего наиболее пригодны откосные лотки, устраиваемые из монолитного бетона.

В концевой части откосных лотков на подтопляемых насыпях необходимо устраивать гасители водной энергии потока и стенки против размыва паводковыми водами. На высоких пойменных насыпях на неподтопляемых участках откосов допускается применение типовых телескопических лотков с выводом воды из них на укрепленные подтопляемые участки откосов.

Для уменьшения объема притока дождевых вод на подтопляемые откосы поверхности регуляционных сооружений можно придавать уклон в сторону неподтопляемого откоса, а при использовании грушевидных дамб - во внутреннюю их сторону с последующим выводом воды лотками, устраиваемыми в местах сопряжения откосов дороги и дамбы.

При устройстве регуляционных дамб значительной протяженности, примыкающих к незатопляемым берегам и предохраняющих от размывов береговую линию, поверхностные воды сбрасываются вдоль подошвы насыпей подходов непосредственно в русло водотока по откосу регуляционной дамбы.

При этом вдоль подошвы насыпи на основании гидравлических расчетов устраивается укрепленный цементобетоном водосбросной лоток, водопропускная способность которого рассчитывается, исходя из притока дождевой воды, стекающей с поверхности автомобильной дороги, регуляционных сооружений и прилегающей местности.

Выпуск воды с поверхности регуляционных грушевидных дамб или дамб иной замкнутой формы, примыкающих к насыпи подхода или берегу, производится с помощью круглой трубы малого диаметра; разрыва в регуляционной дамбе; задержания воды в замкнутой котловине за счет испарения и фильтрации в почвогрунты. Выбор и назначение того или иного решения необходимо обосновывать соответствующими расчетами, а также экономической и экологической целесообразностью.

Водосбросные откосные лотки на пойменных насыпях при наличии регуляционных траверс целесообразно размещать в местах с замедленными скоростями течения, находящимися под защитой регуляционных траверс, т.е. непосредственно за ними.

При необходимости концентрации поверхностного стока малого объема к одному водопропускному сооружению производится полная или частичная переброска поверхностного стока в соседние водосборы.

На участках высоких насыпей, подходах к мостам и путепроводам, ограниченным двусторонними выемками, эффективнее переводить сброс поверхностных вод из водоотводных канав и прикромочных лотков не в сторону подтопляемого откоса и берегов водотока, а на низовую сторону, устраивая закрытые перепуски через дорогу в начале и в конце насыпи и закрытые ливневые сети под прикромочной полосой или обочиной. Подобная переброска поверхностного стока с верховой стороны на низовую позволяет собирать воду лишь в двух водосборных лотках, тем самым устраняя необходимость рассредоточения водоотводных сооружений и уменьшая занятость земель. Рассмотренное решение возможно использовать также в том случае, когда сброс поверхностных вод приводит к заболачиванию прилегающей к дороге территории.

При устройстве испытательных полигонов и треков применяется схема организации поверхностного водоотвода, которая назначается с учетом местоположения всего комплекса испытательных сооружений и конструкций, а также с учетом рельефа местности, расположения водотоков и водоемов.

В связи с большой насыщенностью небольших территорий автодромов дорожными объектами и многочисленными пересечениями дорог в разных уровнях, водоотводные сооружения следует проектировать с особой тщательностью.

Для организации сброса воды из водоотводных сооружений используются понижения рельефа, лога, водотоки и озера, находящиеся на территории автодромов и вблизи испытательных треков.

Дороги, предназначенные для испытаний различных типов автомобилей, условий и режимов их работы отличаются от внегородских и городских автомобильных дорог как по типу покрытий, так и по расположению в плане, поперечному и продольному профилям. Для таких дорог характерны динамометрические, разворотные петли, затопляемость, автотреки с виражами криволинейного очертания в поперечном профиле, поэтому схема организации поверхностного водоотвода на этих дорогах определяется общей схемой испытательного трека или автодрома.

Отвод воды из замкнутой котловины автотрека производится с помощью водопропускной трубы, как правило, малого диаметра 0,5 - 0,75 м. местоположение которой устанавливается в зависимости от особенностей рельефа местности и расположения смежных объектов. При небольших объемах стока в районах с засушливым климатом и при наличии хорошо дренирующих грунтов вместо водопропускных труб допускается устройство испарительных бассейнов.

При исследовании эксплуатационных характеристик автомобилей возникает необходимость устройства участков дорог глубокого (до 2 м ) и неглубокого (до 0,3 м ) затопления с автономными выездами и заездами на них. В этом случае требуется устройство двух водопропускных сооружений для перепуска воды из одного замкнутого пространства в другое и выпуска воды за пределы дороги. Кроме того, для беспрепятственного стока к водопропускным сооружениям необходимо выполнять вертикальную планировку поверхности.

Большие сложности при назначении схемы поверхностного водоотвода возникают при проектировании заводских автотреков, для которых характерна компактность расположения дорожных сооружений на небольшой территории. В этом случае устраивается комбинированная система водоотвода, включающая ливневую канализацию и наземные водоотводные сооружения. Проект ливневой канализации при этом должен включать результаты оценки притока поверхностных вод расчетной ВП; гидравлические расчеты коллекторов с определением их водопропускной способности, схемы сечений и типов труб; план расположения всего комплекса водоотводных, водосборных и водосбросных сооружений; продольные профили коллекторов и подключений к ним водоотводов; таблицы с расчетными данными для дождеприемных колодцев; детали стыков и укладки труб на искусственное основание; конструктивные схемы водопровода для поливочных целей. Подобная схема была разработана в 1969 - 1970 гг. в Союздорпроекте и успешно применена в г. Тольятти на испытательном автотреке ВАЗа.

При отводе поверхностных вод с проезжей части криволинейных виражей на кольцевых дорогах вдоль подошвы внутреннего откоса рекомендуется применять прямоугольный лоток с железобетонной решеткой, закрывающей его сверху, предусматривая возможность наезда автомобилей на решетку. Из этих прямоугольных лотков вода поступает вдоль подошвы виража в дождеприемные колодцы.

Перед началом строительства автотрека разрабатывается проект временного предпостроечного водоотвода, в состав которого входят определение временных водоразделов, направления стока, рациональное местоположение и количество открытых водоотводных канав, их водопропускная способность; план предпостроечного водоотвода; поперечные сечения территории в нулевом цикле; обоснование схемы водоотвода с территории автотрека за пределы стройплощадки и определение объемов строительных работ.

Существует две схемы организации временного водоотвода: придание строительной площадке двускатного поперечного профиля с уклоном к продольным границам автотрека и устройством двух водосборных канав; рассечение строительной площадки несколькими поперечными водоотводными канавами и создание между ними искусственных водоразделов с наклонными поверхностями стекания.

4. КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И СООРУЖЕНИЯ ДОРОЖНОГО ВОДООТВОДАМ ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ИХ УСТОЙЧИВОСТИ

Согласно схеме 1. отвод поверхностного стока с проезжей части автомобильных дорог производится по обочинам и откосам земляного полотна в кюветы, водоотводные канавы и резервы.

Во избежание проникания воды в нижележащие конструктивные слои дорожной одежды необходимо обеспечивать своевременный отвод воды с поверхности обочин. Это достигается устройством поперечного уклона обочин, величина которого регламентирована в нормативных документах, и укреплением, что позволяет практически полностью исключить деформации поверхности от заезда транспортных средств и фильтрацию поверхностных вод в дорожное полотно.

Объем фильтрации воды в слои дорожной одежды зависит не только от ширины и уклона обочины, но также от количества ливневых осадков в районе проложения автомобильной дороги и фильтрационной способности материалов укрепления обочин. Широкое практическое применение получили укрепление обочин засевом трав, фракционированным щебнем, черным щебнем.

Наиболее благоприятным решением с целью обеспечения устойчивости всей дорожной конструкции является устройство обочин с укреплением на всю ширину по типу основной проезжей части, однако оптимальную конструкцию укрепления необходимо назначать на основе результатов технико-экономического сравнения различных вариантов конструкций укреплений и наличия местных материалов в районе строительства.

Разрушающему воздействию стекающих поверхностных вод и дождевых осадков подвержены не только обочины, но и откосы земляного полотна автомобильной дороги. Для защиты откосов от разрушения производится их укрепление засевом трав, тяжелыми грунтами, органическими вяжущими, сборными бетонными конструкциями, габионами, конструкциями с применением георешетки и т.д. [ 7. 8 ].

Область применения различных способов укрепления обочин и откосов земляного полотна автомобильных дорог регламентируется типовыми проектными решениями, требованиями нормативных документов и методическими рекомендациями, которые учитывают целесообразность и эффективность применяемого укрепления в конкретном районе строительства.

Поверхностные воды, притекающие к подошве откосов дорожного полотна, в случае прохождения автомобильной дороги в насыпях и полунасыпях предусматривается отводить кюветами, лотками, продольными и поперечными водоотводными канавами, осушительными канавами или резервами; в выемках и полувыемках - кюветами или лотками. Отвод поверхностных вод с прилегающих к насыпям и полунасыпям склонов и откосов выемок и полувыемок осуществляется водоотводными нагорными и забанкетными канавами, испарительными бассейнами, поглощающими колодцами, закрытой ливневой канализацией и водоперепускными трубами.

Поверхностные воды, стекающие с покрытия проезжей части автомобильной дороги, обочин и откосов, аккумулируются у подошвы дорожного полотна, затем по укрепленным руслам сбрасываются на очистные сооружения и далее - в пониженные места рельефа, имеющие выход в речную систему или к пересекаемым логам и водотокам, входным и выходным руслам водопропускных сооружений.

Выпуск воды из водоотводных канав, кюветов и лотков в пониженные места рельефа местности допускается при условии, что это не вызовет заболачивания местности и застоя воды у прилегающего земляного полотна. В случае пересечения водоотводными сооружениями территории, где инфильтрация поверхностного стока в грунт угрожает устойчивости откосов выемок, основания земляного полотна и прилегающей к нему территории водоотводные канавы, кюветы, лотки и резервы рекомендуется устраивать с соответствующей гидроизоляцией, а поверхность слоя гидроизоляции укреплять от размыва и разрушения с учетом гидравлических характеристик потока.

Расчетные параметры водоотводных канав и сооружений рекомендуется назначать не менее нормативных значений, однако необходимо учитывать конкретные проектные параметры земляного полотна и рельеф местности.

Как правило, кюветы устраиваются с поперечным сечением трапецеидальной формы, однако в ряде случаев допускается устраивать кюветы треугольного и прямоугольного сечения. Минимальное сечение кюветов рекомендуется проверять на пропуск расчетного расхода воды и при необходимости увеличивать его размеры за счет углубления при сохранении минимальной ширины по дну.

Проектирование водоотводных канав осуществляется в следующем порядке: на основании результатов изысканий и, исходя из типа, свойств и состояния грунтов, притока поверхностных вод, выбирается наиболее рациональное поперечное сечение канавы; производится гидравлический расчет канавы; назначаются наиболее экономически и экологически целесообразные продольные уклоны и соответствующие им скорости течения воды; в соответствии с расчетными скоростями течения воды назначаются типы укрепления дна и откосов канав на различных участках их продольного профиля. При значительных скоростях течения воды в канавах дополнительно прорабатывается вопрос о конструкциях водогасящих устройств и типах укрепления выходных участков канав.

Оптимальные продольные уклоны канав назначаются, исходя из условия протекания воды, скорость которой не превышает величину неразмывающей скорости для данного грунта. Зачастую рельеф местности не позволяет выдерживать продольный уклон, не требующий укрепления канавы, поэтому в таких случаях рекомендуется устраивать короткие участки с максимально допустимыми уклонами и соответствующим укреплением, а между ними - вставки с продольными уклонами, значения которых не требуют применения укреплений. Для продольных канав, не имеющих укрепления, скорость течения воды по условиям предотвращения заиливания должна приниматься не менее 0,3 м/с.

Согласно нормативным требованиям [2]. дно водоотводных канав должно иметь продольный уклон не менее 5‰, в исключительных случаях - не менее 3‰ . Водоотводные канавы выемок рекомендуется устраивать с продольными уклонами, величины которых равны продольным уклонам оси земляного полотна. В том случае, если продольные уклоны автомобильной дороги в выемке составляют значения менее 2‰, кюветы устраиваются с продольными уклонами не менее 2‰ с выпуском воды в одну или обе стороны выемки.

Конструкции укреплений водоотводных канав и кюветов должны обеспечивать необходимую прочность, устойчивость всей дорожной конструкции и удобство при содержании в период эксплуатации. Кроме того, укрепление необходимо производить в строгом соответствии с типовыми конструкциями и нормативными требованиями, а также с учетом максимального использования местных материалов и механизмов.

Практическое применение получили типовые конструкции укреплений водоотводных канав щебнем с засевом трав на откосах (рис. 10, а), сборными бетонными плитами (рис. 10, б), кюветными сборными лотками, торкретбетоном, монолитным бетоном, бетонными сегментами (рис. 10, в), асфальтобетонными плитами и песчаным асфальтобетоном.

Рис. 10. Типы укреплений кюветов и водоотводных канав:

а - щебнем и засевом трав; б - сборными бетонными плитами; в - бетонными сегментами

Укрепление водоотводных канав щебнем слоем 8 - 10 см с засевом многолетних трав на откосах применяется в районах с умеренным и влажным климатом при скорости течения воды в канаве не более 1 м/с. В случае, когда скорость течения воды в канаве не превышает значение 0,5 м/с, допускается укрепление дна водоотводных канав засевом трав.

Сборные бетонные плиты используются для укрепления водоотводных и нагорных канав, а также кюветов при скоростях течения воды до 3,5 м/с. Они изготавливаются в заводских условиях и имеют прямоугольную форму со следующими! размерами: для укрепления откосов крутизной 1:1,5 и дна водоотводных канав - 0,69?1,05?0,08 м; для укрепления откосов крутизной 1:1 и дна кюветов - 0,49?0,85?0,08 м.

При скорости течения воды не более 2 м/с поверхности дна и откосов кюветов укрепляются торкретбетоном. Укрепление торкретбетоном не допускается в условиях пылеватых и лессовидных суглинков, пучинистых, засоленных и малоустойчивых грунтов, а также на оползневых участках, в условиях сурового климата и агрессивной среды. Данный тип укрепления обладает малой несущей способностью и требует предварительного тщательного выравнивания укрепляемой поверхности.

В районах строительства с благоприятными климатическими, гидрологическими и геологическим условиями для укрепления откосов и дна водоотводных канав при скорости течения воды в них до 3,5 м/с применяется монолитный бетон, однако подобный способ укрепления является достаточно трудоемким.

. В зарубежных странах широкое использование получило укрепление водоотводных канав бетонными плитами, изготавливаемыми в заводских условиях и имеющими форму трубчатого сегмента толщиной 7 - 8 см. хорда которого равна 100 см .

В прежние годы в качестве укреплений кюветов, нагорных и водоотводных канав на опытных участках применялись асфальтобетонные плиты, однако они не получили дальнейшего широкого практического использования из-за повышенного трещинообразования, дефицита битума и необходимости применения при их приготовлении канцерогенных веществ (дегтя, жировых гудронов и т.п.).

В Московской области на пойменных участках до настоящего времени применяется укрепление откосов земляного полотна автомобильных дорог и резервов песчаным асфальтобетоном. Подобная конструкция является водонепроницаемой и по своим характеристикам в условиях подтопления превосходит укрепление из сборных бетонных плит.

Кроме вышеуказанных способов укреплений водоотводных, нагорных канав и кюветов применяются лотки-желобы, железобетонные прямоугольные и рамные лотки, длинномерные телескопические лотки, которые являются сборными и изготавливаются в заводских условиях. Эти конструкции рекомендуется применять в том случае, когда в районе строительства автомобильной дороги преобладают слабые, водонасыщенные грунты; необходимость увеличения поперечных размеров кюветов приводит к значительному объему земляных работ; автомобильная дорога I - II категорий проходит в насыпи высотой более 4 м с затяжным продольным уклоном более 30‰, а также в пониженных точках вогнутых кривых продольного профиля; автомобильная дорога проходит через населенные пункты; необходимы перехват и понижение уровня грунтовых вод.

Не допускается применение открытых лотков в качестве укреплений водоотводных канав в пылеватых грунтах в условиях сурового климата из-за возможности их быстрой) разрушения в результате многократного сезонного промерзания и оттаивания.

Сбор поверхностных вод, согласно схеме 2. осуществляется в открытые прикромочные лотки, которые устраиваются на стыке кромки проезжей части и обочины, при этом обочине придается уклон в сторону проезжей части. Прикромочные лотки выполняются монолитными или из сборных элементов различного поперечного сечения.

Наибольшее распространение на территории России получили типовые сборные прикромочные лотки треугольного поперечного сечения, разработанные в Союздорпроекте (рис. 11 а, б).

Для удобства установки в процессе строительства в ряде случаев выпускаются прикромочные лотки треугольного поперечного сечения с выступами (рис. 11, в).

Кроме типовых прикромочных конструкций, на автомобильных дорогах применяются водосборные лотки эллипсоидного (рис. 11, г ), круглого (рис. 11, д, е), трапецеидального (см. рис. 5, б) и прямоугольного поперечных сечений (см. рис. 5, а).

В ряде случаев для повышения пропускной способности в прикромочных лотках через определенные расстояния устанавливаются дождеприемные колодцы, однако такой способ организации поверхностного водоотвода не получил широкого практического применения на территории России из-за трудоемкости содержания в эксплуатационный период. Подобным недостатком содержания обладает и прикромочный щелевой закрытый водосборный лоток круглого поперечного сечения, использование которого распространено в ряде зарубежных стран.

Широкое применение на зарубежных автомобильных дорогах получил метод устройства асфальтобетонных водоотводных лотков одновременно с укладкой покрытия проезжей части. Лоток шириной 75 см и глубиной 5 см устраивается с помощью асфальтоукладчика, оборудованного дополнительными трамбующим и вибрационным брусьями соответствующего профиля.

В соответствии со схемой 3. поверхностные воды с покрытия аккумулируются в предбордюрном пространстве, образующемся на стыке кромки проезжей части и бордюрного камня. Форма поперечного сечения предбордюрного пространства определяется поперечным профилем проезжей части и в большинстве случаев имеет треугольное, реже - криволинейное очертание.

По материалам сайта: http://www.infosait.ru