Дренажи в дорожных конструкциях

Введение
Актуальность. Уже с давних времен известно, что вода негативно воздействует на любую строительную конструкцию, будто то многоэтажное здание, небольшой дачный домик или другое строение. В связи с чем, при строительстве большое внимание уделяется вопросу водоотведения и защиты от грунтовых и талых вод. Автомобильная дорога не является исключением, ей также необходимо качественное водоотведение, чтобы не допустить разрушение конструкции полотна. Ведь капитальный ремонт магистрали - дорогостоящее мероприятие, а, значит, при строительстве необходимо соблюсти все правила и в первую очередь должна быть обустроена эффективная дренажная канава вдоль дороги. Именно за счет такой небольшой траншеи (кювета) вода отводится с проезжей части и тем самым не разрушает дорожное полотно.
Дренаж – это устройство или конструкция, которая предназначена для обеспечения стока воды и отвода ее в необходимые места. Устройство дренажных систем на автомобильных дорогах обеспечивают водоотвод и осушение дорожной одежды и с толщи земляного полотна. Осушение основания дорожной одежды и подстилающих грунтов производиться на участках, где земляное полотно устроено из грунтов с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сутки (пылеватые грунты).
В связи с постоянным совершенствованием технологий, а также высоким износом дорожного полотна, весьма актуальными являются вопросы по изучению и развитию дренажных технологий, используемых в дорожных конструкциях.
Цель данной работы заключается в изучении применения дренажных технологий в дорожных конструкциях. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
- изучен имеющийся материал по тематике исследования;
- дана характеристика дренажной системы и рассмотрены ее разновидности;
- проанализированы особенности строительства дренажной системы для дороги;
В ходе выполнения данных задач применялись такие методы исследования, как анализ, синтез, описание и обобщение.
В качестве объекта исследования выступают дорожные конструкции, а предметом исследования является система дренажа, применяемая в дорожных конструкциях.
1 Характеристика дренажной системы, ее разновидности
Дренажная система (дренирующий слой и водоотводящие устройства) необходима в традиционных конструкциях дорожных одежд со слоями из зернистых материалов на земляном полотне из слабо фильтрующих грунтов (пылеватых песков, непылеватых песков с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут, глины) во II и III дорожно-климатических зонах для всех схем увлажнения рабочего слоя, в IV и V зонах - для 3-й схемы [1].
Дренажная система дорожной одежды включает плоскостной горизонтальный дренаж, дополняемый (если требуется) прикромочным и поперечным дренажом мелкого заложения. При устройстве всех слоев дорожной одежды из монолитных материалов в качестве плоскостного горизонтального дренажа после технико-экономического обоснования допускается применять (вместо дренирующего слоя) прослойку из геотекстильного материала толщиной не менее 4 мм с коэффициентом фильтрации не ниже 50 м/сут с выпуском полотнищ на откосы насыпи на высоту не менее 0,5 м. Выбор материала в этом случае производится по специальным указаниям. Осушение конструкции осуществляется обычно путем укладки в основание проезжей части дренирующего слоя из фильтрующих материалов с обеспечением выпуска из него воды.
Дренирующие слои в основании проезжей части устраивают из песка, пористых гравийно - песчаных и щебеночно-песчаных смесей, шлака и других местных материалов. Необходимый в каждом отдельном случае коэффициент фильтрации материала дренирующего слоя устанавливается расчетом по соответствующим номограммам. Однако не следует применять материалы, коэффициент фильтрации которых в уплотненном состоянии менее 1 м/сутки.
В районах II и III климатических зон материалы для дренирующего слоя должны быть морозоустойчивыми. Кроме того, к материалам предъявляются требования в отношении прочности, так как дренирующие слои, как и другие элементы конструкции, воспринимают напряжения от временных нагрузок и участвуют в передаче и распределении их на подстилающий грунт [1].
Дренажные устройства в конструкциях дорожных одежд выполняют следующие функции:
- осушение рабочего слоя земляного полотна до влажности, близкой к оптимальной, когда его прочностные характеристики (модуль упругости Е, угол внутреннего трения φ и структурное сцепление С) достигают максимума;
- обеспечение прочности всей конструкции дорожной одежды;
- обеспечение морозоустойчивости дорожной одежды и земляного полотна [2].
Целью расчета дренажной конструкции является определение требуемой толщины, необходимого коэффициента фильтрации, зернового состава дренирующего слоя, материала трубчатых дрен и других показателей.
Дренирующий слой дорожной одежды рассчитывают с учетом фильтрационных и капиллярных свойств применяемых материалов, конструкции земляного полотна и природных условий местности (свойств грунтов, ДКЗ и типа увлажнения местности)

. Его толщину рассчитывают по методам осушения и поглощения.
Дренажную систему следует проектировать с учетом объема притока воды, поступающей в основание дорожной одежды в расчетный период, водопроницаемости дренирующего слоя и конструкции земляного полотна. При проектировании дренажа дорожных одежд в районах сезонного промерзания грунтов следует учитывать два расчетных периода работы дренажных конструкций. К первому относят начало весеннего периода, когда основание дорожной одежды под серединой проезжей части уже оттаяло, и образовалась талая зона, а дренирующий слой у ее краев находится ещё в мерзлом состоянии, и водоотводящие устройства не работают. Второй расчетный этап относится ко времени, когда дренирующий слой полностью оттаял, и водоотводящие устройства начали нормально работать. Дренажная конструкция должна быть рассчитана так, чтобы на первом этапе было обеспечено временное размещение поступающей воды в дренирующем слое до начала работы водоотводящих устройств, а на втором этапе вода своевременно и полностью отводилась бы из основания.
Наибольшую популярность в дорожных системах имеют дренажные конструкции открытого и закрытого типа (см. рисунок 1).
1 - рама крепления; 2 - цементный лоток; 3 - дренирующая подушка; 4 - бетонные плиты; 5 - местные грунты; 6 -дренажная обсыпка многослойная; 7 -каменная выкладка; 8 - гравий, втрамбованный в грунт; 9 - труба-дрена
Рисунок 1 - Конструкции дрен открытого и закрытого типов [3]
Дренажи открытого типа представляют собой канавы и лотки, которые служат для осушения лишь верхних слоев грунта (см. рисунок 1, а). Такими лотками-дренажами можно одновременно отводить и поверхностную воду. Аналогично дождевым, их выполняют с одеждой дна и откосов или без нее. Обычно лотки укрепляют бетонными плитами на песчано-гравийной подготовке. Канавы делают с большей, чем у лотков, глубиной - до 2 м и конструктивно принимаемой шириной в пределах до 1,5 м. В практике применяют свайные и рамные конструкции, которые выполняют из железобетона или дерева (см. рисунок 1, б). Деревом крепят временные канавы. Открытую сеть проектируют лишь в зонах 1-2-этажной застройки, на участках с зелеными насаждениями, а также в сельских населенных пунктах. В городах предусматривают обычно дренажи закрытого типа.
Закрытые дренажи могут быть беструбчатыми с заполнением траншей дренирующим материалом (см. рисунки 1, в, г) и трубчатыми, которые состоят из дренажной трубы, уложенной на подготовленное основание и снабженной фильтрующей обсыпкой (см. рисунок 1, д). Эту обсыпку делают многослойной из каменных материалов, удовлетворяющих требованиям прочности и морозоустойчивости. Для внутреннего, прилегающего к трубе слоя обсыпки, используют материал относительно крупной фракции - сортированный гравий или щебень. Для наружных слоев, контактирующих с грунтами, используют сначала крупнозернистые пески, далее среднезернистые. В зависимости от гидрогеологических условий применяют различные конструкции дренажных обсыпок (см. рисунки 1, е, ж).
Галерейными дренажами называют конструкции с проходными или полупроходными коллекторами прямоугольного, круглого или эллиптического сечения и высотой соответственно не менее 1,8 и 1,2 м. Стены этих дрен в нижней части делают с водоприемными щелями. Для этого их перфорируют или выполняют из пористых материалов. Фильтрующую обсыпку укладывают вокруг дрены, засыпая пазухи траншей крупнозернистым песком. Галерейные дрены применяют в особо ответственных случаях, когда необходимо обеспечить систематический эксплуатационный надзор