6.20.5 Ограничения по использованию геотекстильных фильтров в дорожной конструкции
Сложности при применении фильтрующих геотекстильных прослоек могут возникать в случае использования:
-одномерных мелкозернистых несвязных грунтов, например, лесс, каменных высевок и мелкозернистых отсевов;
-несвязных грунтов прерывчатого гранулометрического состава в условиях высокого гидравлического градиента;
-дисперсионных (несвязных) глин, которые со временем превращаются в агрегаты;
-высокоосновных грунтовых вод, которые могут приводить к откладыванию и накоплению кальциевых, натриевых или магниевых осадков на геотекстиле;
-твердых суспензионных частичек в мутных речных водах или в результате землечерпания, которые могут скапливаться на поверхности или в середине фильтрующей прослойки;
-твердых суспензионных частичек вместе с высоким содержимым микроорганизмов (сточных вод в местах погребения бытовых и сельскохозяйственных отходов), которые могут объединяться и скапливаться на поверхности или в середине фильтрующей прослойки.
7 Конструкции дренажных сооружений
7.1 Для предотвращения воздействия грунтовых вод на земляное полотно и дорожную одежду предусматривают достаточное возвышение поверхности покрытия над их уровнем, устраивая в теле земляного полотна прослойки для прерывания перемещения капиллярной, пленочной и парообразной влаги, а также дренажи для понижения уровня этих вод. Дорожную одежду и верхнюю часть земляного полотна осушают с помощью дренажной конструкции, представляющей собой устроенный в основании проезжей части дренирующий слой с обеспеченным отводом из него воды.
При проектировании водоотводящих устройств руководствуются следующими соображениями.
При большом количестве подлежащей отводу воды (более 0,005… 0,007 м3/(м2 сут)), а также на участках невысоких насыпей реклмендуется устройство продольных трубчатых дрен у краев проезжей части с поперечными выпусками (рисунок 13).
При устройстве дренирующего слоя из песков мелкой и средней крупности на участках выемок и в местах с нулевыми отметками его водопропускная способность может быть значительно повышена за счёт усиления движения воды в капиллярной зоне.
Примеры наиболее распространенных дренажных конструкций, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации для участков дорог, которые проходят в выемках, в местах с нулевыми отметками, а также для участков, которые реконструируются, приведены на рисунках 14-22.
При удельном объеме притока воды через сутки q=0,005…0,007 м3/(м2 сут) и больше на 1 м2 проезжей части, а также на участках с нулевыми отметками и в выемках целесообразно устраивать продольные трубчатые дрены по краям.
При наличии постоянного притока воды с одной стороны от направления проезжей части автомобильной дороги необходимо устройство пластового дренажа с использованием геокомпозитных дренирующих прослоек.
1 – покрытие; 2 – основание; 3 – укрепленная полоса; 4 – дренирующий слой; 5 – продольная трубчатая дрена d = 50…100 мм или трубофильтр; 6 – поперечный выпуск; 7 – бетонный оголовок; 8 – каменное основание; 9 – укрепление водоотвода в месте сброса воды из дрены; 10 – фильтровая обсыпка стыков труб (или сплошная обсыпка)
Рисунок 13 – Дренажная конструкция, в которой вода из дренирующего слоя отводится поперечными трубами-выпусками за пределы откоса насыпи
1 – покрытие; 2 – основание; 3 – укрепленная полоса; 4 – дренирующий слой; 5 – продольная трубчатая дрена d = 50…100 мм или трубофильтр
Рисунок 14 – Дренажная конструкция, в которой вода из дренирующего слоя отводится продольными трубчатыми дренами, уложенными по краям проезжей части
1 – покрытие; 2 – основание; 3 – укрепленная полоса; 4 – дренирующий слой; 5 – продольная трубчатая дрена d = 50…100 мм или трубофильтр
Рисунок 15 – Дренажная конструкция, в которой вода из дренирующего слоя отводится вдоль бровки земляного полотна
1 – покрытие; 2 – основание; 3 – укрепленная полоса; 4 – дренирующий слой; 5 – продольная трубчатая дрена d = 50…100 мм или трубофильтр; 6 – поперечный выпуск; 15 – подкюветный дренаж
Рисунок 16 – Дренажная конструкция, в которой вода сбрасывается из продольных дрен, уложенных по краям проезжей части, поперечными трубами-выпусками в водоприемные (смотровые) колодцы подкюветного дренажа
5
1 – покрытие; 2 – основание; 3 – укрепленная полоса; 4 – дренирующий слой; 5 – продольная трубчатая дрена d = 50…100 мм или трубофильтр; 6 – поперечный выпуск; 11 – водосток
Рисунок 17 – Дренажная конструкция, в которой вода сбрасывается из продольных дрен, уложенных по краям проезжей части, поперечными трубами-выпусками в водоприемные (смотровые) колодцы водостока
При проектировании участка дороги, проходящего в выемке или в нулевых отметках, могут быть рассмотрены конструкции, в которых:
-вода из дренирующего слоя отводится продольными трубчатыми дренами, уложенными по краям проезжей части (рисунок 13-14), или вдоль бровки земляного полотна (рисунок 15) с выпуском воды за пределы выемки;
-вода сбрасывается из продольных дрен, уложенных по краям проезжей части поперечными трубами-выпусками в водоприёмные (смотровые) колодцы подкюветного дренажа (рисунок 16) или водостока (рисунок 17).
На участках с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные, в местах вогнутых вертикальных кривых и в местах уменьшения уклонов для поперечного перехвата воды, движущейся в дренирующем слое вдоль дороги (на участках выемок рисунок 18а и в местах с нулевыми отметками 18б), предусматривают поперечные трубчатые дрены диаметром 80…100 мм (поперечные прорези мелкого заложения), укладываемые в ровики глубиной 15…20 см с фильтровыми обсыпками из каменных материалов или фильтрующих нетканых материалов (рисунок 19). Расстояние между поперечными прорезями принимают равным 10…20 м.
а)
б)
4 – дренирующий слой; 5 – продольная трубчатая дрена d = 50…100 мм или трубофильтр;
12 – газон; 13 – тротуар; 14 – бортовой камень
Рисунок 18 – Дренажные конструкции на участках выемок (а) и в местах с нулевыми отметками (б), способствующие усилению движения воды в капиллярной зоне
1-фильтрующий геотекстиль; 2 - трубчатая дрена d=50…80 мм; 3 - водоприемные отверстия; 4 - материал дренирующего слоя с требуемым коэффициентом фильтрации
Рисунок 19 – Поперечная прорезь на полную ширину земляного полотна
Мелкие местные пески, с Кф менее 2 м/сут, целесообразно использовать в дренирующих слоях в следующих случаях:
-при возведении верхней части насыпей;
-при устройстве в выемках и насыпях, с заниженной бровкой земляного полотна, углубленных продольных ровиков с трубчатой дреной;
-при укладке по дну корыта геотекстиля, обёртывая им трубчатые дрены.
Каждое из перечисленных мероприятий может быть применено после соответствующих технико-экономических расчётов.
К системе дорожного водоотвода относят также подстилающий (дренирующий) слой дорожных одежд из песка, щебня, щебеносно- или гравийно – песчаных смесей и других крупнозернистых материалов, который собирает воду, проникающую через обочины, трещины и швы в покрытиях (рисунок 20а). Воду из дренирующего слоя, в особо благоприятных условиях, отводят на откосы насыпи или в боковые канавы дренажными воронками (рисунок 20б и рисунок 20в). В весенний период дренирующий слой собирает воду, которая попадает из верхних слоёв земляного полотна при таянии ледяных прослоек, образовавшихся на пучинистых участках в процессе зимнего влагонакопления. Дренирующие песчаные слои особенно важно устраивать во II и III дорожно-климатических зонах, при пылеватых грунтах земляного полотна.
а - разрез по полотну дороги; б - примыкание воронки к песчаному слою при малых уклонах; в - тоже, при уклоне более 10 ‰; 1 - прослойка дёрна или мха; 2 - щебень или щебеночно – гравийно-песчаная смесь; 3 - дорожная одежда
Рисунок 20 – Дренажные воронки
В зависимости от ширины проезжей части и климатического района строительства песчаные материалы для дренирующего слоя должны в уплотненном состоянии иметь коэффициент фильтрации от 3 до 10 м /сут. Толщину подстилающего песчаного слоя назначают не менее указанной в таблице 14.
Дренажные воронки заполняют хорошо дренирующим материалом (одноразмерным щебнем, галькой, размером 40-60 мм и т.д.), по которому вода просачивается из земляного полотна. Дренажные воронки имеют сечение 0,2-0,4 м и их располагают через 4-6 м в шахматном порядке (см. рисунок 20б).
Пропускная способность дренажных воронок невелика, поэтому для отвода воды, заполнившей поры песчаного основания, необходимо значительное время. Обочины, часто покрытые зимой слоем снега, начинают оттаивать, примерно на неделю позже, чем грунт под проезжей частью. В наиболее ответственный для службы дороги период весеннего оттаивания воронки находятся в промерзшем состоянии и не могут отводить воду, поступающую под проезжую часть и скапливающуюся в песчаном дополнительном слое основания.
Значительное увеличение пропускной способности воронок возможно путём их уширения, поэтому часто соседние дренажные воронки объединяют в сплошной дренирующий слой (см. рисунок 20а). Такое устройство песчаного слоя имеет также некоторые технологические преимущества.
Таблица 14
Покрытия
|
Грунты земляного полотна
|
Толщина подстилающего слоя при типе увлажнении, см
|
1
|
2
|
3
|
Цементобетонные
|
Мелкие пески
|
10
|
10
|
15
|
Супеси
|
10
|
15-20
|
20-25
|
Суглинки тяжелые и глины
|
15
|
20-25
|
25-35
|
Пылеватые грунты
|
15-20
|
25-40
|
35-50
|
Нежесткие
|
Мелкие пески
|
-
|
-
|
10
|
на дорогах
|
Супеси
|
10
|
15
|
20
|
I - III категорий
|
Суглинки тяжелые и глины
|
15
|
20
|
30
|
Пылеватые грунты
|
20
|
25
|
35
|
Нежесткие
на дорогах IV и V категорий
|
Мелкие пески
|
-
|
10
|
10
|
Супеси
|
10
|
15
|
15
|
Суглинки тяжелые и глины
|
15
|
20
|
25
|
Пылеватые грунты
|
15
|
20
|
30
|
В местах с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями воду из дренирующего слоя отводят поперечными и продольными дренажными трубками из асбоцементных или керамических (гончарных) труб (рисунок 21). Вместо трубок могут быть устроены прорези, заполненные крупным дренирующим материалом.
При использовании дренажных труб необходимо принимать меры, предотвращающие проникание потока холодного воздуха в земляное полотно.
Закрытый дренаж (рисунок 22) состоит из уложенной в грунте дрены – трубы (гончарной, керамической, бетонной или деревянной), в стенах которой устраивают отверстия для приема воды. Нередко вода поступает в эти трубы в стыках между звеньями, которые укладываются концами на специальные подкладки, исключающие смешение одного звена относительно другого. Чтобы труба не засорялась грунтом, её окружают пористой засыпкой, крупность которой уменьшается по направлению к стенкам траншеи. Пористая засыпка собирает притекающую из грунта воду, которая стекает по трубе. В некоторых случаях вместо трубы устраивают каменную засыпку.
а - продольная труба; б - приёмная часть поперечной трубы; в - то же, в плане;
1 - обочина; 2 - слои дорожной одежды; 3 - песчаный слой
Рисунок 21 – Дренажные трубки, укладываемые в песчаный слой
а - с каменной (фильтрующей) засыпкой; б - с дренажной трубой;
1 - утрамбованная глина; 2 - два слоя дёрна, корнями вверх, или 3 см грунта, обработанного битумом; 3 - крупнозернистый или среднезернистый песок; 4 - щебень или щебеночно – гравийно – несчаная смесь крупностью 5-10 мм; 5 - то же, 40-60 мм; 6 - щебень, утрамбованный в грунт; 7 - керамическая или асбоцементная труба диаметром 15-20 см; 8 - кривая депрессии; 9 – водоупор
Рисунок 22 – Поперечные сечения закрытого дренажа
Дренажи можно использовать как для понижения уровня грунтовых вод, так и для перехвата грунтовой воды, притекающей к дороге со стороны. Осушающее действие дренажей заключается в том, что при заглублении в грунт, ниже уровня грунтовых вод, труба или канава отводит воду, которая просачивается из прилегающей части грунта, в результате чего вблизи от дренажа образуется осушенная зона.
8 Особенности проектирования дренажа реконструируемых дорог
8.1 При проектировании реконструкции дороги дренажные сооружения необходимо назначать с учетом состояния старой дороги и ее дренажной системы, а также принятых технических решений по перестройке – усиление дорожной одежды, усиление с расширением, полная перестройка.
Если новую дренажную систему предусматривают в рамках расширения проезжей части и обочины, то для усиления фильтрации воды в старом подстилающем слое необходимо новый дренирующий слой устраивать с углублением по отношению к низу старого (рисунок 23).
а)
б)
в)
 
а) со сплошным водоотводящим слоем; б) с продольными трубчастыми дренами; в) с продольными трубчастыми дренами в выемке
1 - существующая дорожная одежда; 2 – новое покрытые; 3 - то же самое, основание; 4 - укрепляющая полоса; 5 - новый дренирующий слой на всю ширину земляного полотна или песчаный, хорошо фильтрующий грунт обочины; 6 - укрепление обочины; 7 – засев травами; 8 - углубление старого песчаного слоя, равное (0,6-0.8)·hk, в метрах, где hk - высота капиллярного покрытия в песке старого слоя; 9 - новый дренирующий, слой при уширении проезжей части; 10 – выходной оголовок выпуска дренажа; 11 - бетонные плиты; 12 - трубчатый выпуск из дрен; 13 - фильтрующая обсыпка; 14 - продольная трубчатая дрена
Рисунок 23 – Размещение дренажа на реконструируемых дорогах
8.2 На участках, где дренирующий слой под каменной частью дорожной одежды устроен только на ширину проезжей части, рациональна конструкция нового дренажного сооружения, в котором для отвода воды служит песчаный слой, снова заключенный на всю ширину обочины.
8.3 На участках, где в существующей дорожной одежде нет песчаного слоя (или песок заилился так, что потерял фильтрующие свойства), новый дренирующий слой нужно устраивать в пределах расширенной проезжей части тротуаров или полосы укрепления и обочин с некоторым углублением относительно низа старой одежды (но не менее 5 см), если для обеспечения необходимой прочности части одежды, которая расширяется не нужно более толстый слой песка.
8.4 На участках полной перестройки дорог и значительного повышения существующих отметок земляного полотна мероприятия по обеспечению осушения активной зоны и новой одежды существенно не отличаются от принятых при новом строительстве.
8.5 В выемках и на участках с нулевыми отметками при неблагоприятных почвенно-гидрологических условиях, которые содействуют значительному притоку воды в основание проезжей части, для быстрого отвода воды из дренирующего слоя может быть применен продольный дренаж с трубчатыми поперечными выпусками.
8.6 Принципы расчета дренажного слоя улиц и городских дорог, которые реконструируются, такие же, как и при новом строительстве. Необходимо обеспечить временное размещение воды в начале весны и своевременный ее отвод на следующей стадии (рисунок 24).
1 - труба диаметром 80-150 мм или трубофильтр диаметром 50-И 00 мм; 2 - бетонная подготовка, бетон марки М100; 3 - щебень или щебеночно – гравийно – несчаная смесь крупностью зерен 5-10 мм; 4 - конструкция тротуаров; 5 - бортовой камень; 6 - бетон марки М200; 7 - конструкция проезжей части дорожной одежды
Рисунок 24 – Схема устройства сопутствующего дренажа мелкого закладывания в выемке (углубленный продольный переток с трубчатой дреной)
Для отвода поверхностных вод возможно использование лотков (ІІ – ІІІ ДКЗ) или слоя дренирующего асфальтобетона (IV – V ДКЗ) (рисунок 25).
8.7 При значительных продольных уклонах необходимо предусматривать меры по прекращению движения воды в дренирующем слое по уклону.
1 - слой дренирующего асфальтобетона; 2 - асфальтобетонные слои основания; 3 - слой основания из тощего бетона; 4 - песок, укрепленный цементом; 5 - цементобетон; 6 - трубофильтр; 7 - фильтрующая обсыпка; 8 - бетон марки М200;
9 - бортовой камень; 10 - конструкция тротуара; 11 - лоток
Рисунок 25 – Схема отвода воды из слоя дренирующего асфальтобетона
Приложение А
Примеры расчета дренирующего слоя
Пример 1
Исходные данные
1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.
2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды, включая морозозащитный слой – 1,10 м.
3. Толщина морозозащитного слоя из мелкозернистого песка 0,50 м, коэффициент фильтрации Кф = 2,1 м/сут, пористость n = 0,32.
4. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна – III.
5. Грунт насыпи и естественного основания – супесь пылеватая.
6. Уклон дренирующего слоя i = 0,03.
Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.
Расчет
1. Поскольку коэффициент фильтрации песка достаточно высок, дренирующий слой рассчитывают на осушение.
По таблице 3 находят удельный приток воды во II ДКЗ для 3-й схемы увлажнения q = 3,5 10-3 м3/(м2·сут). По таблица 4 Кп = 1,6; Кг = 1,0. Ввиду отсутствия переломов продольного профиля на участке, а также специальных мероприятий по уменьшению притока, Квог = 1; Кр = 1.
2. По формуле (2) расчетный приток воды в дренирующий слой составляет qp = qKпКг:1000 = 3,51,61,0:1000 = 0,0056 м3/(м2·сут).
3. Для расчета используют номограмму (рисунок 3).
Для двухскатного профиля
q = qp B/2 =0,00567:2 = 0,0196 м3/(м2·сут);
q/Кф = 0,0196:2,1 = 0,0093;
По номограмме для отношения qp/Кф находят величину 3,5hнас/L = 0,07, где L - путь фильтрации, для двусхкатного профиля - половина длины дренирующего слоя; L = В/2 + а +; где В – ширина проезжей части; а – ширина обочины; – средняя длина участка дренирующего слоя, расположенная в откосной части земляного полотна, равная сумме толщины дорожной одежды и половине толщины дренирующего слоя, умноженной на заложение откоса;
L = 7/2 + 2,5 + (0,79 + 0,60/2)1,5 = 9,6 м;
отсюда hнас = 0,19 м.
Тогда полная толщина дренирующего слоя
hп = hзaп + hнаc = 0,20 + 0,19 = 0,39 м.
4. Проверку на временное поглощение воды дренирующим слоем выполняют по формуле (5). По таблице 6 при пористости n=0,32, для hп = 0,39 м находим зим = 0,494; hзaп = 0,20 м, Тзап = 6 сут.
hp = (qpТзап/n + 0,3hзап):(1 - зим) = (0,00566:0,32 + 0,30,20):(1 - 0,494) = 0,33 м.
Второй вариант расчета.
По аппроксимирующей формуле (6) вычисляют φзим в зависимости от пористости n=0,32 и толщины hп дренирующего слоя,
φзим = (1,55 - 0,816· hп) - ( 2,5 - 0,501 · hп) ·n = (1,55 - 0,816·0,39) - ( 2,5 - 0,501 · 0,39) ·0,32=0,4943.
По формуле (5) hp = (qpТзап/n + 0,3hзап):(1 - зим) = (0,00566:0,32 + 0,30,20):(1 - 0,494) = 0,33 м.
Расчет окончен.
Пример 2
Исходные данные
1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.
2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды – 0,79 м.
3. Толщина морозозащитного слоя из среднезернистого песка 0,60 м, коэффициент фильтрации Кф = 1,2 м/сут, пористость n = 0,34.
4. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна – III.
5. Грунт насыпи и естественного основания – супесь пылеватая.
6. Уклон дренирующего слоя i = 0,03.
Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.
Расчет
Расчет толщины дренирующего слоя выполняют на осушение.
1. В соответствии с пунктами 1-3 предыдущего примера qр = 0,0056 м3/(м2 сут)
q = qpB/2 =0,00567:2 = 0,0196 м3/(м2·сут);
q/Кф = 0,0196:2,1 = 0,0093;
2. По номограмме (рисунок 3) определяют 3,5 hнас/L = 0,28; L = 9,6 м (см. пункт 3 предыдущего примера), отсюда hнас = 0,77
hп = hзaп + hнаc = 0,20 + 0,77 = 0,97 м.
Поскольку требуемая толщина дренирующего слоя превышает заданную, следует применить конструкцию с прикромочным дренажем. Примем, что продольная дрена расположена под серединой обочины. В этом случае путь фильтрации L = В/2 + а/2 = = 4,75 м.
3. По номограмме (рисунок 6) по величине qp/Кф = 0,0056/1,2 = 0,0047 находят 2 значения hп: для L = 5,0 м и L = 3,5 м. По методу интерполяции hп = 0,40 м.
4. Проверку на временное поглощение воды дренирующим слоем выполняют по формуле (5). По таблице 6 зим = 0,44; Тзап = 6 сут.
По формуле (6) вычисляют φзим при пористости n=0,32 и толщине дренирующего слоя hп = 0,40 м,
φзим = (1,55 - 0,816· hп) - ( 2,5 - 0,501 · hп) ·n = (1,55 - 0,816·0,40) - ( 2,5 - 0,501 · 0,40) ·0,34=0,4417.
hp = (qpТзап/n + 0,3hзап):(1 - зим) = (0,00566:0,27 + 0,30,20):(1 - 0,4417) = 0,28 м.
Расчет окончен.
Пример 3
Исходные данные
1. Участок дороги III технической категории расположен в Московской области.
2. Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды – 0,70 м.
3. Толщина морозозащитного слоя из среднезернистого песка 0,70 м, коэффициент фильтрации Кф = 0,49 м/сут, пористость n = 0,28.
4. Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна – III.
5. Грунт насыпи и естественного основания – супесь пылеватая.
6. Уклон дренирующего слоя i = 0,03.
Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.
Расчет
Ввиду того, что коэффициент фильтрации грунта достаточно низкий, дренирующий слой рассчитывают на поглощение.
По таблице 6 для n = 0,28 зим = 0,55.
По таблице 3 для условий II дорожно-климатической зоны и 3-й схемы увлажнения Qp = 60 л/м2. По формуле (4):
hп = (Qp/1000n + 0,3hзап):(1 - зим) = [60:(10000,28) + 0,30,15]:(1 - 0,55) = 0,58 м.
Расчет окончен.
|
