ГЛАВА 6 - ДРЕНАЖ

Дороги будут влиять на естественную схему поверхностного и подземного дренажа водораздела или отдельного склона холма. Основной целью проектирования дорожного дренажа является уменьшение и/или устранение энергии, вырабатываемой проточной водой. Разрушительная сила текущей воды, как указано в разделе 3.2.2, увеличивается экспоненциально по мере увеличения ее скорости. Следовательно, нельзя допускать, чтобы вода набирала достаточный объем или скорость, чтобы вызвать чрезмерный износ вдоль канав, под водопропускными трубами или вдоль открытых беговых поверхностей, выемок или насыпей.

Обеспечение надлежащего дренажа имеет первостепенное значение при проектировании дорог, и его нельзя переоценить. Наличие избытка воды или влаги в проезжей части отрицательно скажется на инженерных свойствах материалов, из которых она была построена. Выемки или насыпи, эрозия дорожного покрытия и ослабление грунтового основания с последующим массовым разрушением — все это продукты неадекватного или плохо спроектированного дренажа. Как было сказано ранее, многих проблем с дренажом можно избежать при выборе местоположения и конструкции дороги: проектирование дренажа наиболее целесообразно включать в планирование трассы и уклона.

Геоморфология склонов холмов и гидрологические факторы являются важными факторами при выборе местоположения, проектирования и строительства дороги. Морфология склона влияет на водоотвод и, в конечном счете, на устойчивость дороги. Важными факторами являются форма склона (равномерный, выпуклый, вогнутый), уклон склона, длина склона, характеристики дренажа ручья (например, плетеный, дендритный), глубина до коренной породы, характеристики коренных пород (например, трещиноватость, твердость, слоистость) и текстура почвы. проницаемость. Форма склона (рис. 59) указывает на концентрацию или рассеяние поверхностных и подземных вод. Выпуклые склоны (например, широкие хребты) будут рассеивать воду по мере ее движения вниз по склону. Прямые склоны концентрируют воду на нижних склонах и способствуют нарастанию гидростатического давления. На вогнутых склонах обычно наблюдаются канавки и выемки. Вода в этих районах сосредоточена в самой низкой точке склона и, следовательно, представляет собой наименее желательное место для дороги.

Гидрологическими факторами, которые следует учитывать при выборе дорог, являются количество пересечений ручьев, боковой уклон и режим влажности. Например, в самой низкой точке склона может потребоваться всего одно или два пересечения ручья. Кроме того, боковые откосы обычно не такие крутые, что снижает объем земляных работ. Тем не менее, боковые насыпи и требования к дренажу потребуют особого внимания, поскольку вода, собранная в верхних точках склона, будет концентрироваться в нижних точках. В целом, дороги, построенные на верхней трети склона, имеют лучшие условия влажности почвы и, следовательно, имеют тенденцию быть более устойчивыми, чем дороги, построенные на более низких участках склона.

Естественные дренажные характеристики склона, как правило, не должны изменяться. Например, дренажная сеть будет расширяться во время шторма, охватывая наименьшее углубление и водоотвод для сбора и транспортировки стоков. Поэтому в каждом проходе должен быть установлен водопропуск, чтобы не препятствовать естественному расположению ливневого стока. Водопропускные трубы должны располагаться на одном уровне и на одной линии с осевой линией канала. Невыполнение этого требования часто приводит к чрезмерной эрозии почвы выше и ниже водопропускной трубы. Кроме того, мусор не может свободно проходить через водопропускную трубу, вызывая закупорку и часто полное разрушение призмы дороги. Потоки верхнего бьефа вызывают особую озабоченность (точка A, рис. 60), поскольку общепринято считать, что из области сбора влаги над переходами невозможно создать измеримые потоки. Тем не менее, плохой дренаж или его отсутствие на пересечениях дорог в этих районах печально известны тем, что вызывают крупные оползни и потоки мусора, особенно если они расположены на выпуклых изломах склонов.

Повышенный риск обрушения дороги создается в точках A и B. В точке A вода скапливается над дорожной насыпью или стекает вниз по склону через придорожную канаву в точку B. Застой в точке A может вызвать ослабление и/или эрозию земляного полотна. Если водопропускная труба на Потоке 1 засорится, вода и мусор будут течь в точку А и из А в Б. Следовательно, водопропускная труба на В обрабатывает стоки из всех трех ручьев. Маловероятно, что канава или водопропускная труба в точке B смогут эффективно сбрасывать поток и мусор из всех трех водотоков, что приведет к переполнению и возможному разрушению дороги в точке B.

Рисунок 59. Форма склона и ее влияние на гидрологию склона. Форма склона определяет, является ли вода рассеянной или концентрированной. (Лесная служба США, 1979 г.).

Система дорожного дренажа должна удовлетворять двум основным критериям, если она должна быть эффективной в течение всего расчетного срока службы:

Он должен допускать минимальное нарушение естественного дренажа.

Проектирование дренажных сооружений основано на таких науках, как гидрология и гидравлика: первая касается возникновения и формы воды в природной среде (осадки, речной сток, влажность почвы и т. д.), а вторая — инженерных свойств жидкостей. в движении.

Рис. 60. В водопропускных трубах и дорогах изменены схемы дренажа эфемерных ручьев 2 и 3. Места A и B становятся потенциальными местами разрушения. Поток 3 вынужден принимать больше воды ниже B из-за неадекватного дренажа в A.

4.2 Оценка стока

Размер любой дренажной установки определяется в зависимости от вероятности возникновения ожидаемого пикового расхода воды в течение расчетного срока службы установки. Это, конечно, связано с интенсивностью и продолжительностью дождей, происходящих не только в непосредственной близости от сооружения, но и выше по течению от сооружения. В снежных зонах пиковый сток может быть результатом периода интенсивного потепления, вызывающего быстрое таяние снежного покрова.

В дополнение к рассмотрению интенсивности и продолжительности пиковых дождей, частота или как часто можно ожидать наступления расчетного максимума, также является фактором, который чаще всего основан на сроке службы дороги, трафике и последствиях отказа. . Основные автомагистрали часто включают периоды частоты от 50 до 100 лет, второстепенные дороги – 25 лет, а лесные дороги с низкой интенсивностью движения – от 10 до 25 лет.

Часть воды, попадающей на землю в виде дождя, будет просачиваться в почву, где будет храниться до тех пор, пока не будет поглощена растениями или транспортироваться через поры в виде подземного потока, часть испарится обратно в атмосферу, а оставшаяся часть внесет свой вклад. к сухопутному течению или стоку. Речной сток состоит из аккумулированной почвенной влаги, которая подается в реку с более или менее постоянной скоростью в течение года в виде стока подземных или подземных вод, а также воды, которая поступает в русло более быстро по мере того, как дренажная сеть расширяется в эфемерные каналы, чтобы включить избыточное количество осадков во время сильного шторма. Доля осадков, которые в конечном итоге становятся речным стоком, зависит от следующих факторов:

Размер площади дренажа. Чем больше площадь, тем больше объем стока. Для использования формул и диаграмм стока необходима оценка площади бассейна.

Топография . Объем стока обычно увеличивается с увеличением крутизны склона. Средний уклон, высота бассейна и экспозиция, хотя они и не часто используются в большинстве формул и диаграмм стока, могут дать полезные подсказки при уточнении проекта.

Почвы . Сток зависит от характеристик почвы, особенно от проницаемости и инфильтрационной способности. Скорость инфильтрации сухой почвы в силу ее внутренней проницаемости будет неуклонно уменьшаться со временем по мере ее увлажнения при постоянной интенсивности осадков. Если интенсивность осадков больше, чем конечная скорость инфильтрации почвы (инфильтрационная способность), то количество воды, которое не может быть поглощено, накапливается в углублениях в земле или стекает с поверхности. Любое состояние, которое неблагоприятно влияет на характеристики инфильтрации почвы, увеличивает объем стока. Такие условия могут включать гидрофобность, уплотнение и мерзлую землю.

Существует ряд различных методов для прогнозирования пиковых потоков. Анализ повторяемости паводков является наиболее точным методом при наличии достаточных гидрологических данных. Например, Геологическая служба США опубликовала эмпирические уравнения, дающие оценки максимального расхода воды из водотоков во многих частях Соединенных Штатов на основе региональных данных, собранных из «измеренных» водотоков. На северо-западе штата Орегон анализ частоты показал, что расход стока с 25-летним интервалом повторяемости наиболее тесно коррелирует с площадью водосбора и интенсивностью осадков для 2-летнего 24-часового шторма. На сегодняшний день это лучший способ оценки пиковых потоков в неустаревающем потоке, поскольку можно определить интервал повторения, связанный с любым данным событием потока, и использовать его для оценки вероятности отказа.

Вероятность появления пиковых расходов, превышающих проектную мощность предлагаемого сооружения пересечения ручья, должна быть определена и использована в процедуре проектирования. Чтобы включить эту информацию в проект, необходимо указать риск отказа в течение расчетного срока службы. Определив приемлемый уровень риска, землеустроитель официально заявляет желаемый уровень успеха (или неудачи), который должен быть достигнут с дренажными сооружениями дорог. В таблице 25 приведены интервалы повторения наводнений для установок в зависимости от их расчетного срока службы и вероятности отказа.

Таблица 23. Интервал повторения наводнения (годы) в зависимости от расчетного срока службы и вероятности отказа. * (Мегахан, 1977).

Устройство дренажной системы. Виды дренажных систем

Во время дождя или полива поля становятся влажными. Вода проникает в почву и накапливается в ее порах. Когда все поры заполнены водой, говорят, что почва насыщена и больше не может поглощать воду; при продолжении дождя или орошения на поверхности почвы могут образовываться лужи (рис. 96).

Рис. 96. Во время сильных дождей верхние слои почвы перенасыщаются и могут образовываться лужи. Вода просачивается в более глубокие слои и проникает из бассейнов.

Часть воды, находящейся в насыщенных верхних слоях почвы, стекает вниз в более глубокие слои и замещается водой, просачивающейся из поверхностных бассейнов.

Когда на поверхности почвы больше не остается воды, некоторое время продолжается нисходящий поток, и воздух снова поступает в поры почвы. Эта почва больше не насыщена водой.

Однако насыщение могло длиться слишком долго для здоровья растений. Корням растений требуется воздух, а также вода, и большинство растений не могут выдерживать насыщенную почву в течение длительного времени (исключением является рис).

Помимо ущерба урожаю, очень влажная почва затрудняет, а то и делает невозможным использование техники.

Вода, стекающая из насыщенного грунта вниз в более глубокие слои, питает резервуар подземных вод. В результате уровень грунтовых вод (часто называемый уровнем грунтовых вод или просто уровнем грунтовых вод) повышается. После проливных дождей или продолжительного чрезмерного орошения уровень грунтовых вод может даже достигать и насыщать часть корневой зоны (см. рис. 97). Опять же, если такая ситуация продлится слишком долго, растения могут пострадать. Таким образом, необходимы меры по контролю подъема уровня грунтовых вод.

Рис. 97. После сильных дождей уровень грунтовых вод может подняться и достичь корневой зоны

ПЕРЕД СИЛЬНЫМ ДОЖДЕМ

ПОСЛЕ СИЛЬНЫХ ДОЖДЕЙ

Удаление избыточной воды либо с поверхности земли, либо из корневой зоны называется дренажом.

Избыток воды может быть вызван дождем или использованием слишком большого количества воды для орошения, но может иметь и другие причины, такие как просачивание каналов или наводнения.

В очень засушливых районах часто происходит накопление солей в почве. Большинство сельскохозяйственных культур плохо растут на соленой почве. Соли можно вымыть путем просачивания поливной воды через корневую зону сельскохозяйственных культур. Чтобы добиться достаточного просачивания, фермеры будут поливать поле больше, чем нужно культурам. Но соленая просачивающаяся вода вызовет повышение уровня грунтовых вод. Таким образом, дренаж для контроля уровня грунтовых вод также служит для контроля засоленности почвы (см. главу 7).

Дренаж может быть как естественным, так и искусственным. Во многих районах есть естественный дренаж; это означает, что избыточная вода стекает с фермерских полей в болота или в озера и реки. Однако естественного дренажа часто бывает недостаточно, и требуется искусственный или искусственный дренаж.

Существует два типа искусственного дренажа: поверхностный дренаж и подземный дренаж.

Поверхностный дренаж – удаление избыточной воды с поверхности земли. Обычно это достигается с помощью неглубоких канав, также называемых открытыми дренами. Неглубокие канавы впадают в более крупные и глубокие коллекторные стоки. Для облегчения стока избыточной воды в сторону дрен поле придается искусственный уклон путем планировки (см. рис. 98).

Подповерхностный дренаж – это удаление воды из корневой зоны. Это достигается за счет глубоких открытых дрен или заглубленных трубчатых дрен.

я. Глубокие открытые дренажи

Избыток воды из корневой зоны стекает в открытые дрены (см. рис. 99). Недостатком этого типа подземного дренажа является то, что он затрудняет использование техники.

Рис. 99. Контроль уровня грунтовых вод с помощью глубоких открытых дрен

Трубные дрены представляют собой заглубленные трубы с отверстиями, через которые может поступать грунтовая вода. Трубы подают воду в дренажный коллектор (см. рис. 100).

Рис. 100. Контроль уровня грунтовых вод с помощью заглубленных труб

Дренажные трубы делают из глины, бетона или пластика. Их обычно укладывают в траншеи машинами. В глиняных и бетонных трубах (обычно длиной 30 см и диаметром 5-10 см) дренажная вода поступает в трубы через стыки (см. рис. 101, вверху). Гибкие пластиковые дрены значительно длиннее (до 200 м) и вода поступает через перфорации, распределенные по всей длине трубы (см. рис. 101, внизу).

Рис. 101. Глиняные трубы (вверху) и гибкая пластиковая труба (внизу)

III. Глубокие открытые дрены по сравнению с трубными дренами

В открытых дренажах используются земли, которые в противном случае можно было бы использовать для выращивания сельскохозяйственных культур. Они ограничивают использование машин. Им также требуется большое количество мостов и водопропускных труб для пересечения дорог и доступа к полям. Открытые стоки требуют частого обслуживания (борьба с сорняками, ремонт и т. д.).

В отличие от открытых дрен, подземные трубы не вызывают потери обрабатываемой земли, а требования к обслуживанию очень ограничены. Однако затраты на установку трубных водостоков могут быть выше из-за используемых материалов, оборудования и квалифицированной рабочей силы.

Какие существуют типы дренажной системы?

Повреждение водой может легко разрушить любое здание, поэтому дренажная система обычно необходима почти в каждом виде строения. Независимо от того, возникает ли избыточная вода в здании или из окружающего ландшафта, ее, как правило, следует сливать как можно скорее. К счастью, существует несколько типов дренажных систем, из которых можно выбирать в зависимости от обстоятельств, хотя все они в основном выполняют одну и ту же задачу. Наиболее распространенными видами являются французский слив, водосточный желоб и наклонный тип.

Французский дренаж — это один из распространенных типов дренажной системы, который чаще всего встречается на равнинной местности. Он состоит из труб, которые окружают конструкцию и отводят подземные воды как от фундамента, так и от любого близлежащего ландшафта. В большинстве случаев для установки такого типа дренажной системы необходимо вырыть несколько больших, несколько неглубоких ям. Затем каждую дренажную траншею необходимо заполнить гравием. Некоторые люди могут установить такую дренажную систему самостоятельно, в основном, арендовав подходящее оборудование, но многие ландшафтные компании предлагают эту услугу.

Другой вид дренажной системы — водосточная труба, которая соединяется с водосточной системой здания и отводит воду с крыши на землю. Водосточные трубы могут быть прямоугольными или круглыми и в основном изготавливаются из алюминия, меди или стали. Наиболее распространенные водосточные трубы в домах прямоугольные и белые, хотя их часто можно заменить, чтобы они соответствовали внешнему декору дома. Независимо от того, какого они цвета или формы, они должны отводить дождевую воду не только к земле, но и от фундамента строения.

Как и в случае с другими типами дренажных систем, основной задачей наклонного водостока является отвод воды от здания и его ландшафта. Основной метод заключается в том, чтобы позволить воде следовать естественным путем вниз по склону. Как правило, труба устанавливается и крепится к небольшому уклону, на котором она расположена. Труба может быть сделана из металла, бетона или пластика и часто покрыта решеткой, чтобы мелкие животные или дети не могли попасть в нее.

Обычно это совершенно ясно, когда есть проблема с дренажем. Если явного затопления нет, его обычно выдает запах плесени, который сопровождает стоячую воду, даже если воды не видно. Медленная утечка также может вызвать возможную проблему, со временем ослабив структуру. Потеря структурной целостности в здании, сильный запах плесени, плесень, повреждение ландшафта и комары могут быть последствиями повреждения водой при отсутствии надлежащей дренажной системы.

Статьи по теме

Что такое решетка для дерева?
Что такое целостность поверхности?
Каковы преимущества установки французского водостока в подвале?
Что такое подземный дренаж?
Какие существуют типы аксессуаров для водосточной трубы?
Что такое водосточный дивертер?
Какие существуют виды дренажа двора?

Обсуждение Комментарии

@Drtroubles — Вы правы, это действительно экономит время. Ограждения водосточных желобов необходимо чистить примерно каждые 18 месяцев. Рекомендуется делать это после двух дней непрерывного дождя. Это легко, просто промойте защитный кожух струей воды из шланга. блуждать 28 апреля 2011

@drtroubles – Спасибо за отличную информацию. Нам рекомендовали чистить желоба несколько раз в год, в середине осени и после того, как все листья сойдут с деревьев. Кроме того, нам сказали еще раз проверить весной, чтобы убедиться, что от тающего снега не скопился мусор. Надеемся, что некоторые охранники желоба уменьшат нашу нагрузку по обслуживанию дома.

Кто-нибудь знает, какой вариант защиты водосточных желобов лучше?

Я хотел бы услышать от людей, которые пробовали различные версии, прежде чем инвестировать. drtroubles 26 апреля 2011 г.

В нашем доме есть водосточная система, которая отводит воду с крыши на землю. Исходя из опыта, я могу сказать вам, что очень важно предотвратить проблемы с дренажем до того, как они возникнут, так как устранение повреждений, вызванных водой, может быть очень дорогим.

Приобретение некоторых «охранников желоба» может сэкономить вам много времени и денег. Вы можете купить защелкивающиеся версии в местном магазине по ремонту домов, и они довольно дешевы.

У нас дома сетчатая версия. По сути, это как дополнительный фильтр. Это не избавит вас от необходимости убирать все вместе, но улавливает достаточное количество мусора, чтобы сделать работу менее частой и легкой.

Есть еще несколько версий. Обратная кривая, щетка для бутылок, нейлон и поролон.