Источники увлажнения земляного полотна

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 23Следующая ⇒

Грунтовые воды и их движение. Насыщение земляного полотна дороги влагой — крайне опасное явление, так как при этом сильно снижается прочность дорожной одежды и устойчивость откосов насыпей и выемок. Задача борьбы с переувлажнением грунтов земляного- полотна осложняется тем, что вода может попадать в земляное полотно двумя путями:

1. Просачиваться с поверхности

2. Подниматься по капиллярам в виде паров и пленок жидкостей, от уровня грунтовых и длительно стоящих вод.

Выпадающая дождевая вода частично стекает по поверхности земли, а частично просачивается вглубь, скапливаясь над водонепроницаемыми слоями в порах вышележащего грунта. Поверхность образовавшейся таким образом грунтовой воды, заполняющей поры нижней части водонепроницаемого слоя, представляет собой до некоторой степени смягченную копию рельефа местности. Уровень грунтовой волы приподнимается под холмами и слегка снижается под долина. В местах, где уровень грунтовых вод выходит на поверхность земли, образуются ключи или болота. В этом месте уровень грунтовых вод 120 понижается. На грунтовом профиле в плоскости направления течения воды поверхность грунтовых вод образует кривую депрессии, которая тем круче, чем менее водопроницаем грунт.

Промежутки между грунтовыми частицами имеют малые размеры и образуют тонкие каналы неправильной формы и переменного сечения — капилляры. По этим капиллярам вода распространяется под действием молекулярных сил от уровня грунтовых вод и из мест застоев на поверхности" грунта. Таким образом, над уровнем грунтовых вод и в поверхностном слое грунта после дождей имеются двё зоны капиллярной воды: поднимающаяся от уровня грунтовых вод и так называемая подвешенная, не связанная с уровнем грунтовых вод, а образующаяся у дневной поверхности мелкозернистых грунтов после выпадения атмосферных осадков.

Уровень, которого достигает вода, поднимаясь от поверхности грунтовых вод по капиллярам, зависит от крупности грунтовых частиц и от степени уплотнения грунта. В песках высота капиллярного поднятия невелика (менее 30—50 см), а в пылеватых грунтах может достигать несколько метров.

При повышении уровня грунтовых вод соответственно поднимается н уровень капиллярного поднятия. Слой грунта выше уровня капиллярного поднятия содержит воду в виде тончайших пленок, измеряемых долями микрона (связанная вода), а также в виде водяных паров, содержащихся в воздухе, который находится в порах между частицами.

Отдельные виды грунтовой воды в земляном полотне не остаются в течение года в статическом равновесии. Под влиянием притока воды извне, а также при изменении температуры и атмосферного давления происходят колебания уровня грунтовых вод и уровня капиллярного поднятия, а также перемещение водяных паров и пленочной влаги из мест с более высокой температурой в места с температурой более низкой.

Таким образом, источниками увлажнения земляного полотна являются: выпадающие осадки, приток воды от дождей и таяния снега со склонов местности, капиллярное поднятие от уровня грунтовых вод, конденсация водяных паров из воздуха и перемещение пленочной влаги по поверхности грунтовых частиц. В зависимости от климатического района, местных условий и от- времени года могут преобладать те или иные причины увлажнения ЗП.

Сезонные колебания уровня грунтовых вод. Процессы зимней миграции влаги в ЗП. При рассмотрении водно-теплового режима земляного полотна различают следующие периоды годовых циклов изменения влажность грунтов земляного полотна:

1. Осеннее накопление влаги, которое происходит в результате просачивания атмосферных осадков, а также в результате миграции влаги от поверхности грунтовых вод.

2. Зимнее перераспределение влаги

3. Оттаивание и весеннее переувлажнение

4. Летнее просыхание.

Режимом грунтовых вод называется изменение их состояния во времени (колебания уровня, изменение скорости грунтовых вод). Режим грунтовых постоянно изменяется в зависимости от условий питания. Как правило весенний подъём УГВ выше, чем осенний, но весенний подъём УГВ не оказывает существенного влияния на вводно-тепловой режим зем. полотна. Зимнее влагонакопление в верхней части зем. полотна и морозное пучение в последующем, вызвано процессами подтягивания влаги снизу в верх по незамерзающим водным плёнкам. наиболее опасный период для устойчивости зем. полотна является осеннее-зимний период, поэтому за расчетный уровень грунтовых вод во 2-5 ДКЗ принимаются его наивысшее многолетнее положение перед началом промерзания зем. полотна. Промерзание грунта зем. полотна представляет собой тепломассообменный процесс, при котором происходит непрерывная миграция 2-х фазной влаги (жидкая фаза и пар) и конденсация и испарение. Процесс зимнего перераспределение влаги приводит к накоплению влаги в верхних слоях зем. полотна.В процессе замерзания влаги в теле зем. полотна создаётся разность температур в пределах от 4-6 град. Выше 0 у уровня грунтовых вод до отрицательных температур в зоне промерзания грунта. Под влиянием разности температур влага перемещается от тёплого грунта к границе промерзания в отдельных крупных порах, при температурах ниже 0 образуются кристаллы льда, которые постепенно увеличиваются в объеме притягивая к себе влагу. Перемещение влаги наиболее интенсивно происходит при температурах от 0 до 3 град. В грунте зем. полотна в результате этих процессов образуется линзы льда, вызывающие морозное пучение на поверхности грунта. Для 2-3 климатической зоны перепад температур от 6 до -3-5 град. Явление довольно частое и продолжительное в осенний период. Поэтому процесс влагонакопления продолжается всю осень и заканчивается при постоянных морозах.

Возвышение верха земляного полотна над источником увлажнения и снежным покровом. Возвышение верха ЗП. устанавливается исходя из 3х условий: 1. Возвышение низа ДО над расчетным уровнем грунтовых вод, 2. Возвышение низа ДО над уровнем длительно стоящих или над уровнем кратковременно стоящих поверхностных вод, 3. Возвышение бровки земляного полотна над окружающей местностью из условия снегонезаносимости. Отметку земляного полотна определяют по данным трем условиям в соответствии в требованиями СНиП 2.05.02.-85 за расчетную отметку земляного полотна принимают наибольшее значение по всем трем условиям, полученная таким образом отметка ЗП является расчетным значением и называется РУКОВОДЯЩЕЙ ОТМЕТКОЙ. На открытых участках местности возможен занос дороги снегом приносимым с прилегающей территории. Если количество снега приносимого с дороги велико, то происходит заметание дороги снегом, для того чтобы этого не происходило, то назначают минимально-допустимую высоту насыпи из условия снегонезаносимости: , где — расчетная высота снегового покрова с 5 % вероятностью превышения, — возвышение бровки земляного полотна насыпи над расчетным уровнем снегового покрова, необходимыми для её снегонезаносимости по СНИП в зависимости от категории дороги.

Система сооружений поверхн и подземн водоотвода и принципы их проектирования. Планировка придорожных полос. Система дорожного водоотвода состоит из ряда сооружений и отдельных конструктивных мероприятий, предназначенных для предотвращения переувлажнения земляного полотна. Система служит для перехвата и отвода воды, поступающей к земляному полотну, или для преграждения доступа воды в верхнюю часть земляного полотна. Целью ее устройства является обеспечение постоянного безопасного режима влажности грунтовых оснований дорожных одежд. Для того чтобы отвести поверхностную воду, выпадающую на дорогу в виде осадков и притекающую к ней, придают выпуклое очертание поперечному профилю земляного полотна и дорожной одежде (поперечный уклон способствует стоку воды с дороги), планируют и укрепляют обочины; для отвода воды вдоль дороги устраивают боковые водоотводные канавы или используют для этого резервы у дорожных насыпей; устраивают нагорные канавы, перехватывающие воду, которая стекает по склонам местности к дороге. Для обеспечения стока воды с покрытия проезжей части придают поперечный уклон от середины к обочинам. Чем меньше ровность поверхности покрытия, тем больше должен быть поперечный уклон, так как вода, испытывая сопротивление стеканию, может застаиваться в неровностях поверхности и просачиваться в покрытие. На необходимость ограничения величины поперечного уклона указывают следующие обстоятельства:

при больших поперечных уклонах и скользкой поверхности дороги возможно сползание автомобилей с покрытия; особенно ярко это проявляется на накатанных движением профилированных грунтовых дорогах после дождей, когда поверхность дороги покрывается тонким слоем грязи: .

при выезде на середину проезжей части у автомобилей, имеющих спаренные задние колеса, внутренние шины перегружаются, что приводит к усиленному износу шин и покрытия;

поперечный уклон покрытия способствует появлению бокового увода шин, что увеличивает сопротивление движению, ухудшает управляемость автомобилей и приводит к износу шин.

Обочинам придают больший поперечный уклон, чем покрытию, так как на их поверхности при эксплуатации могут появляться неровности, вызванные заездом автомобилей, а застои воды даже на укрепленной обочине приводят к переувлажнению з. п. В зависимости от типа грунта земляного полотна и типов покрытии обочины устраивают с уклоном на 10—20°/_о0 больше, чем покрытие, т. е. обычно 6 пределах 40—60°/_о0.

Поперечный профиль проезжей части обычно очерчивается по параболе или по двум наклонным прямым, сопряженным в средней части круговой вставкой длиной 2 м. При параболическом очертании поверхности дороги поперечный уклон по оси ее равен нулю и достигает наибольшего значения 60°/₀о У бровок земляного полоша. Стрелка параболы равна 1, 5% от ширины земляного полотна.

Нагорные и водоотводные канавы (кюветы) Гидравлиеский расчет канав, укрепление. Проектирование косогорных сооружений (перепадов, быстротоков). Боковые канавы (кюветы) устраивают в выемках и у насыпей высотой до 1—1, 2 м. Эти канавы служат для отвода воды, стекающей во время дождя и таяния снега с поверхности дороги и прилегающей к ней местности. Боковые канавы способствуют также осушению верхней части земляного полотна в связи с испарением влаги с внутренних откосов боковых канав. Однако положительное действие боковых канав сказывается лишь при быстром оводе из них воды. Если приток воды слишком большой, водоотводные канавы или резервы могут переполняться и не будут выполнять своих функций по осушению земляного полотна. В связи с этим вода из боковых канав. резервов, расположенных с нагорной стороны, сбрасывается на низовую сторону перепускными трубами, располагаемыми не реже чем через 500 м вдоль дороги на спуске к тальвегу. На участках дорог с большими продольными уклонами боковые канавы укрепляют по гидравлическому расчету исходя из количества воды, притекающей с дороги и прилегающей местности. Нагорные канавы служат для перехвата воды, стекающей по косогору к дороге, и для отвода этой воды к ближайшим искусственным сооружениям, в резервы и в пониженные места рельефа. Во избежание сплывов или оползания откосов выемки из-за переувлажнения грунта, которое может возникнуть в результате случайного засорения нагорной канавы, расстояние от края выемки до канавы должно быть не менее 5 м.Расчет канав-Qполн.стока=87, 5*aчас*F*альфа*фи. Откосы канав укрепляют сплошной одерновкой с укреплением дна щебневанием, грунтом, обработанным органическими вяжущими материалами, одиночным мощением и каменной кладкой на цементном растворе. Часто применяют бетонные укрепления. На больших уклонах дну канав придают ступенчатый продольный профиль, устраивая перепады из сборных железобетонных элементов, бетона, укладываемого на месте, каменной кладки на дорогах местного значения из плетней с гравийной засыпкой.

Устройство испарительных бассейнов. Отвод грунтовых вод от дороги. Виды дренажей, их конструкция и расчет. В степных районах, в равнинной местности, в застойных местах, когда нельзя отвести воду от дороги по боковым водоотводным канавам в естественные понижения местности или к водопропускным сооружениям, устраивают в стороне от дороги испарительные бассейны. представляют собой котлованы, вокруг которых делают земляные валики, для того, чтобы преградить доступ воды, поступающей со стороны, не из канав. Испарительные бассейны следует устраивать лишь в местностях, где климатические условия способствуют высокой испаряемости. В северных и центральных районах европейской части СССР, характеризующихся водонепроницаемыми грунтами, они способствуют заболачиванию местности и неприменимы.

Дренажи состоят из заложенных в грунт труб (закрытый дренаж) или заглубленных в водоносный слой грунта канав, заполненных крупным дренирующим материалом (открытый дренаж). Закрытый дренаж (или дренажная прорезь) состоит из уложенной в грунте дрены — трубы (асбоцементной, керамиковой, бетонной или деревянной), вода в которую поступает через открытые стыки звеньев. 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 вблизи от дренажа образуется осушенная зона.

К системе дорожного водоотвода можно отнести также подстилающий (дренирующий) слой 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. Дренирующие слои ДО в общем случае могут работать либо по принципу осушения либо по принципу поглощения. В начале периода оттаивания дренирующие слои работают по способу поглощения, после оттаивания поперечных выпусков, по способу осушения, который заключается в удалении из дренирующего слоя поступающей воды. Расчет дренажа-q=Khi (приток воды на пм длины дрены=коэф.Фильтрации*глубина воды в слое*уклон в водоносном слое).на длине l собирается расход воды, подлежащий отводу Q=lq

Расчет стока и отверстий малых водопропускных сооруженийий. Водопропускные сооружения должны обеспечивать пропуск воды без вреда для дороги и дорожных сооружений. Наилучшее удовлетворение этих требований при обязательном соблюдении принципа экономичности сооружений достигается методами вариантного проектирования.

Большую часть водопропускных сооружений (почти 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 дороги. Трубы не стесняют проезжую часть и обочины, а также не требуют изменения типа дорожного покрытия. Устройство мостов предъявляет более высокие требования к продольному профилю дорог. Расположение мостов на вертикальных и горизонтальных кривых или на больших продольных уклонах вызывает усложнение их конструкции. На мостах иногда приходится применять иной тип покрытия, чем на подходах; значительная высота насыпи, например, при пересечении глубоких оврагов, вынуждает строить даже при малых расходах воды мосты с большой длиной поверху, что приводит к значительному удорожанию сооружения; вызывает затруднения и косое пересечение водотоков мостами. Все указанные обстоятельства позволяют рассматривать трубы как основной тип малых водопропускных сооружений на постоянных и периодически действующих водотоках. Мосты применяют только в тех случаях, когда трубы не могут обеспечить пропуск всей воды, притекающей к дороге.

Определение расхода и объема притока ливневых вод к малым мостам и трубам. Расчет стока талых вод с малых водосбросов. Расчетная вероятность превышения назначается по таблице 3 СНиП 2.05.03.-84

Вид сооружения	Категория дороги	Вероятностьть превышения
Малые мосты и трубы		1 %
	2, 3 и городские	2%
	4, 5, внутрихоз-е	3%

При проектировании малых ИССО определяют расход ливневых вод с заданной вероятностью превышения и определяют расход талых вод с заданной вероятностью превышения.

Методика определения этих расходов:

Расход ливневых вод: Количество воды, притекающей к сооружению с малого водосбора, поддается теоретическим расчетам, изучаемым в курсе гидрологии, в ходе которых неизбежны различные допущения (условности) и погрешности. Наиболее трудно учесть ход дождя во времени, ход снеготаяния и впитывания воды в почву. Поэтому расходы и объемы воды с малых бассейнов вычисляют по нормам стока, т. е. с одинаковой схематизацией для всех водосборов и со стандартной оценкой метеорологических факторов стока в определенных географических районах. Проверкой норм стока является сопоставление расчетных величин стока с наблюдаемыми. Как правило, таких наблюдавшихся величин стока оказывается немного, при этом наибольшие затруднения вызывает оценка вероятности их превышения еще большим стоком. По результатам длительных наблюдений за осадками и снеготаянием на метеостанциях, дающих возможность оценить вероятность больших и выдающихся ливней и интенсивностей снеготаяния, а также по величинам расходов воды, установленным по следам прохода паводков на местности, можно составить региональные (порайонные) нормы стока, которые являются обычно более надежными. Одним распространенных способов является расчет, разработанный МАДИ (А. Шахидовым) и Союздорпроектом. В основе расчета лежит общая формула ливневого стока:

где а_р— расчетная интенсивность ливня той же вероятности превышения, что и искомый расход, мм/мин, зависящая от продолжительности ливня; F — площадь водосбора, км², определяемая по карте в горизонталях; а—коэффициент стока, зависящий от вида грунтов на поверхности водосбора, определяемый по данным СН 435-72; — коэффициент редукции, учитывающий неполноту стока, тем большую, чем больше водосбор, если F 0, 1 км², =1

где -интенсивность дождя с продолжительностью 1 час, назначается по таблице в зависимости от ливневого р-на, - коэф-т приведения интенсивности к действию продолж. Расчетного дождя (по табл)

Расход талых вод: На основании «Указаний по определению расчетных гидрологических характеристик» (СН 435-72), распространяющихся на проектирование всех видов сооружений (в том числе малых мостов и труб), расчетный максимальный расход талых вод для любых бассейнов определяется по редукционной формуле Государственного гидрологического института (преобразованная формула Д. Л. Соколовского):

где где h_p — расчетный слой суммарного стока, мм, той же ВП, что и искомый максимальный расход; F—площадь водосбсра, км²; к₀—коэффициент дружности половодья, определяемый для равнинных рек по табл.,; п — показатель степени; для равнинных водосборов он принимается по табл, а для горных водосборов с уклонами более 0, 05 п= 0, 15; — коэффициенты, учитывающие снижение расхода на бассейнах зарегулированных озерами табл залесенных и заболоченных
где - средний многолетний слой стока (принимается по спец. Картам), - модульный коэф-т определяется по графику в зависимости от значений коэф-та вариации

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 10 Следующая ⇒