Узнай больше

Выберите список(-ки):

Выполним контрольные, курсовые, дипломные работы жд техникумов
 banerputeetz2

Регулирование поверхностного стока земляного полотна

Поверхностный сток земляного полотна

Поверхностные воды размывают грунт земляного полотна и прилегающей земной поверхности или насыщают его в результате инфильтрации воды в толщу грунта, приводя к снижению его прочностных свойств. Перехватывать поверхностную воду, не допуская ее проникновения в грунт, значительно легче и дешевле, чем устранять последствия ее воздействия, поэтому к этому и следует стремиться.

Планировка. Для защиты земляного полотна от воздействия атмосферных вод в первую очередь выполняется планировка всех поверхностей — непосредственно земляного полотна, полосы отвода, берм, резервов, водоотводных сооружений и других обустройств таким образом, чтобы не допускать даже незначительных застоев воды, обеспечивая быстрый сток ее без размыва грунта в водоотводные сооружения.

Для этого поверхностям придаются поперечные и продольные уклоны, величины которых должны обеспечить быстрый отток поверхностных вод за пределы земляного полотна без его paзмыва. Величины уклонов определяются типовыми и групповыми решениями, что было рассмотрено ранее на типовых поперечных профилях насыпей.

Кроме того, необходимо производить планировку территории, прилегающей к земляному полотну, где должны быть ликвидированы западины, местные понижения и бессточные ложбины.

Мероприятие по планировке является наиболее дешевым, и оно должно выполняться в первую очередь, но, являясь необходимым, оно не всегда достаточно, и требуются дополнительные мероприятия по защите от размыва и инфильтрации воды в земляное полотно.

Водоотводные сооружения. Поверхностные воды, поступающие с прилегающей территории и стекающие с земляного полотна, должны быть собраны в водоотводные сооружения, по которым они отводятся к ближайшим водопропускным сооружениям или в сторону от земляного полотна в пониженные места рельефа. Количество водоотводных сооружений, их параметры и местоположение должны быть выбраны так, чтобы в кратчайшие сроки без переполнения собрать и отвести поступающую к ним воду.

С нагорной стороны земляного полотна должен предусматриваться сплошной продольный водоотвод от каждого пересекаемого железной дорогой водораздела до водопропускного сооружения или места, где возможен поперечный отвод воды в сторону от земляного полотна.

Трасса водоотвода должна располагаться по возможности нормально к направлению преимущественного стока воды с обеспечением наилучших гидравлических условий работы водоотвода и минимума строительных затрат и эксплуатационных расходов. Сопряжение водоотвода с руслом водотока устраивается таким образом, чтобы водоотвод подходил к водотоку под углом не более 45° по течению воды.

Поперечное сечение водоотводных сооружений следует назначать исходя из условия, чтобы бровка водоотвода возвышалась не менее чем на 0,2 метра над уровнем воды, при расчетном расходе с вероятностью его превышения по нормам, указанным в таблице ниже.

В отдельных случаях водоотводные сооружения также собирают и отводят грунтовые воды из верхних слоев грунтов, и тогда определяющим для размеров сечения становится их глубина, которая должна быть ниже уровня подземных вод, требующих отвода, а в величину расхода поверхностных вод добавляется расход от притока грунтовых вод.

В качестве водоотводных сооружений земляного полотна применяют: канавы, лотки, быстротоки, перепады, водоотводные валики и водоотжимные бермы.

Канавы по назначению и месту их расположения подразделяются на продольные и поперечные канавы, кюветы, кювет-траншеи, забанкетные и нагорные канавы. Канавы могут иметь различные сечения (рис. 1): трапецеидальное (наиболее распространенное); прямоугольное (торфоприемники на болотах); треугольное (забанкетные канавы и канавы в скальных грунтах) и полукруглое (в лёссах).

Канавы трапецеидального сечения устраиваются, как правило, с крутизной откоса 1:m не круче 1:1,5, а минимальные глубина h и ширина по дну b принимаются 0,6 метра для водоотводных и нагорных канав, а канав на болотах — 0,8 метра. Для кюветов минимальная глубина установлена также 0,6 метра, а ширина по дну — 0,4 метра.

Продольные уклоны водоотводных канав должны быть не менее 0,003, а забанкетных не менее — 0,005.

Рис. 1. Типы поперечных сечений водоотводных канав: а — трапецеидальное; 6 — прямоугольное; в — треугольное; г — полукруглое

На болотах, марях, речных долинах и других участках с малым естественным уклоном местности допускается уменьшать уклон до 0,002, а в исключительных случаях — до 0,001, если расчетом определено, что при заполнении канавы на полный профиль формируется скорость воды, исключающая заиливание.

Продольные уклоны кюветов проектируют равными уклонам профильной бровки. В выемках, расположенных на уклонах меньше 0,002, уклон кювета принимается равным 0002, а глубину кювета в точках водораздела допускается уменьшать до 0,2 метра при сохранении ширины кювета по дну. Изменение направления канав должно выполняться плавно по кривой с радиусом не меньше 10 метров.

Канавы не требуют укрепления, если скорости течения воды v в них не превосходят допускаемых [v] по условию размыва данного грунта: v< [v].

Допускаемые скорости по условию размыва при различных глубинах потока для несвязных и связных грунтов приведены в таблицах ниже.

При скоростях течения воды, превышающих допустимые значения, в зависимости от величин этих скоростей принимаются различные типы укреплений.

При скоростях течения воды до 1,0 м/с применяются следующие типы укреплений:

—  крепление дна канавы втрамбованным щебнем с обсевом откосов семенами многолетних трав (рис. 2, а);

Рис. 2. Укрепление канав: а — втрамбованным в дно щебнем и посевом трав на откосе: 1 — посев трав; 2 — втрамбованный щебень; б — сборными бетонными плитами: 1 — плита 0,69×1,05×0,08 м; 2 — плита 0,49×0,85×0,08 м; 3 — гравийно-песчаная или щебеночная подготовка; 4 — втрамбованный щебень; 5 — битумная мастика; 6 — цементный раствор; в — монолитным бетоном: 1 —заливка бетоном; 2 — песчаная подготовка; г, д — железобетонными армированным лотками-желобами и лотками полутрубами; 1 — тощий бетон; 2 — песчаная подготовка; 3 — желоб; 4 — втрамбованный щебень; 5 — полутруба; 6 — засыпка местным суглинком с уплотнением (размеры в метрах)

—   сплошная дерновка готовыми лентами дерна, укладываемыми на песчаную выравнивающую подготовку;

—   укладка полимерных геоматов с растительным грунтом и засевом травой;

—   укладка объемной георешетки с заполнением ячеек растительным грунтом, торфопесчаной смесью или щебнем.

Укрепление втрамбованным в дно канав щебнем с обсевом откосов семенами многолетних трав (см. рис. 2, а) применяется для районов средней полосы с умеренным и влажным климатом в грунтах, пригодных для произрастания трав. Слой укрепления дна щебнем имеет толщину 8—10 см. Для создания устойчивого травяного покрова в данном укреплении производится последующий подсев семенами до образования сплошной корневой системы.

Сплошная дерновка готовыми лентами дерна устраивается по плотной спланированной поверхности грунта также в условиях умеренного и влажного климата. При этом травы выбираются районированные к месту расположения участка дороги.

При укреплении полимерными геоматами или объемной георешеткой с заполнением их растительным грунтом на первом этапе производится их укладка по периметру канавы, далее они закрепляются на грунте стальными скобами, потом выполняется заполнение ячеек растительным грунтом, и в заключение происходит обсев семенами и легкое уплотнение.

Применение для укрепления объемной георешетки с заполнением ячеек щебнем выполняется в условиях, где по природно-климатическим условиям затруднено получение устойчивого травяного покрова.

При более высокой скорости течения воды до 2,0 м/с для укрепления водоотводов применяется каменная наброска из сортированных фракций 15—20 см. Это же укрепление эффективно для слабых и оттаивающих грунтов деятельного слоя в условиях мерзлоты, где толщина наброски увеличивается до 30—40 см. Способ нашел широкое применение для канав на маревых участках, хотя скорость течения воды в этом случае и небольшие.

При скорости течения воды до 3,0—3,5 м/с для укрепления дна и откосов водоотводов применяются различные покрытия из бетона. При укреплении сборными бетонными плитами, изготавливаемыми индустриально (рис. 2, б), продольные швы заделываются цементным раствором при укладке плит, а поперечные швы битумной мастикой после укладки плит. У подошвы откоса на высоту 0,25 метра швы для приема воды из грунта могут оставаться открытыми. Недостатками сборной конструкции является большое количество швов, что снижает водонепроницаемость облицовки и повышает трудоемкость работ.

Другим типом бетонного укрепления является устройство одежд из монолитного бетона (рис. 2, в), изготавливаемого на месте. Деформационные швы в таких одеждах выполняются через 2—4 метра с заполнением их досками, поставленными на ребро, и заделкой битумной мастикой.

Современными индустриальными типами бетонных укреплений водоотводов являются армированные лотки-желоба длиной секции 1,0 метр и железобетонные лотки-полутрубы диаметром 0,8 метра и 1,0 метр и длиной секции 2,95 метра (рис. 2, г, д). Поперечные швы в этих лотках заделываются битумной мастикой, а в местах переломов плана и профиля цементным раствором.

Укрепление гибкими покрытиями (геоматы, георешетка) и каменная наброска имеют преимущество перед укреплением из бетона для условий, где возможно пучение грунтов, обеспечивая неразрушение укрепления от данных сезонных деформаций. Также ограничением применения бетонных укреплений являются условия с агрессивной к бетону водой.

Преимуществом покрытий из бетона является индустриальность их изготовления, а также хорошие характеристики шероховатости, обеспечивающие пропуск большего расхода воды при одинаковом живом сечении.

Лотки вместо канав применяют в следующих случаях:

  • при наличии слабых малоустойчивых оплывающих грунтов, не способных держать откосы;
  • в стесненных условиях, где затруднено применение открытых канав;
  • в населенных пунктах, где открытые канавы создают неудобства для населения и благоустройства территории;
  • в комбинированных водоотводах, при необходимости понижения уровня грунтовой воды (в том числе совместно с дренажами мелкого заложения);
  • в пределах основных площадок раздельных пунктов — продольные и поперечные лотки.

Наиболее широко для отвода воды от земляного полотна используются безраспорные секционные, прямоугольные железобетонные лотки (рис. 3), которые могут быть двух типов: I тип используется там, где на лоток действует поездная нагрузка (в основном на станционных путях), и II тип применяется, где расстояние до оси пути не ближе чем 3,5 метра и он оказывается вне действия поездной нагрузки.

Рис. 3. Безраспорный железобетонный лоток с отверстием 650 см и высотой 750 см: а — звено лотка; б — плита перекрытия (крышка — 2 шт. на звено)

Лотки выпускаются различной высотой от 0,30 до 1,25 метра с длиной секции до 1,5 метра. Для сбора грунтовой воды в нижней части лотков имеются отверстия. Лотки устанавливают в траншее на специальную предварительную подготовку из щебня толщиной 10 см, а застенное пространство заполняют дренирующим грунтом, с установленным коэффициентом фильтрации. В верхней части лотки закрываются крышками из железобетона, с целью предотвращения травматизма обслуживающего персонала и для защиты от засорения.

В крышках для возможности поступления в лоток поверхностной воды имеются отверстия. По прочности крышки должны выдерживать нагрузку равную весу человека при его нахождении сверху. Кроме того, вся конструкция должна предусматривать возможность быстрого демонтажа, когда возникает необходимость для периодической очистки лотка в процессе эксплуатации и в то же время иметь антивандальную защиту.

Для отвода воды от земляного полотна применяются еще также железобетонные лотки устаревшей распорной рамной конструкции (рис. 4).

Рис. 4. Распорный железобетонный лоток рамной конструкции: / — железобетонные плиты; 2— заполнение песком; 3— железобетонные рамы; 4— цементная стяжка; 5,7 — тощий бетон; 6— песчано-щебеночная подготовка; 8 — дренажные отверстия (размеры в метрах)

Такой лоток состоит из железобетонных рам, устанавливаемых поперек траншеи с шагом 1,0 метр, и железобетонных плит, укладываемых по стенкам траншеи. Сверху лотки, так же как и безраспорные, закрываются крышками из железобетона. Дно защищается от размыва цементной стяжкой, устраиваемой по слою щебня или песчано-гравийной смеси.

Недостатком такой конструкции является сложность ее очистки и низкая надежность из-за смещения стенок и рам при пучении грунта.

Для отвода воды при повышенных уклонах местности (нагорные канавы, откосы выемок), где скорость течения воды превышает 3,0 м/с, применяют длинномерные телескопические лотки (рис. 5).

Рис. 5. Телескопический железобетонный лоток (размеры в см)

Секции лотков укладывают в траншею на щебневую подготовку начиная снизу вверх, тем самым обеспечивая при укладке каждой последующей вышележащей секции упор бетонного зуба в торец нижележащей секции. Стыки секций заделываются битумной мастикой.

В последнее время наиболее широкое распространение в применении конструкций для отвода воды от земляного полотна получили лотки из композитных стеклопластиков (композитные лотки). Конструкции таких лотков были разработаны научно-производственным предприятием НПП «АпАТэК» совместно с МИИТом и впервые были применены в 1999 г. при реконструкции линии Санкт-Петербург—Москва под движение скоростных пассажирских поездов. Лотки в данном случае изготавливались из стеклоткани, обработанной полиэфирной смолой, с усилением их снаружи поперечными ребрами жесткости, выполненными из того же композитного материала (рис. 6).

Рис. 6. Композитный лоток: а — секция; 6 — поперечное сечение лотка для болотистой местности (размеры в см)

В нижней части лотка также снаружи в качестве антивандальной защиты устанавливаются противоугонные пластины. Для возможности приема грунтовой воды в лотках выполняются круглые отверстия или вертикальные щели. Длина секций композитных лотков принята из условия их монтажа вручную и составляет от 6 метров для лотков высотой 0,4 метра и 0,5 метра, от 2 метров — для лотков высотой 1,0 метр.

Геометрические параметры сечения лотков подобраны из условия ширины днищевой части не менее 40 см, для возможности прохода при их очистке, а радиусная форма обеспечивает эффект самоочистки лотков, уменьшая их заиливание.

Для стыковки секций лотка между собой они имеют с одного торца расширение, что обеспечивает заход секции лотка внахлест. Монтаж композитных лотков в водоотвод, так же как и телескопических, начинается снизу, что обеспечивает их правильную стыковку. Основные характеристики композитных лотков производства НПП «АпАТэК» приведены в таблице ниже.

Композитные лотки, так же как и бетонные, закрываются крышками, которые изготавливаются из пластика, имеют достаточное количество отверстий, прочны и имеют замки в качестве антивандальной защиты.

Для применения в болотистой местности была разработана специальная конструкция композитных лотков, расширяющаяся вверху (рис. 6, б). Такие конструкции применяются вместо устройства продольных канав у насыпей на болотах и на маревых участках в условиях мерзлоты на расстоянии от подошвы насыпи не ближе 3 метров. Этот тип лотка не закрывается крышкой и рассчитан только на давление грунта.

Достоинствами композитных лотков является малый вес, допускающий их монтаж вручную, срок службы до 50 лет, лучшие по сравнению с бетоном гидравлические характеристики за счет оптимальной формы сечения и низкого коэффициента шероховатости.

Быстротоки и перепады — участки водоотводов на косогорах, имеющие значительные продольные уклоны 0,1—0,5. Для укрепления быстротоков и перепадов применяют специальные конструкции из железобетона, так как скорость воды значительна и режим ее движения турбулентный. Эти конструкции проектируются индивидуально, применительно к местным условиям.

В быстротоках вода движется без отрыва от дна, и в нижней части для гашения энергии устраивают водобойные колодцы, стены и уступы. Перепады имеют ступени, по ним вода движется с отрывом от дна. При необходимости в низу перепадов также могут устраиваться дополнительные гасители энергии, как и в быстротоках Водоотводные валики устраивают с нагорной стороны от земляного полотна. Их выполняют из недренирующего грунта, и откосы укрепляют (рис. 7).

Рис. 7. Схема устройства водоотводного валика: 1 — ядро из водонепроницаемого грунта; 2 — местный грунт; 3 — посев трав

Наиболее целесообразно применять водоотводные валики в условиях мерзлоты при близком расположении сильнольдистых грунтов, чтобы минимально нарушать их температурный режим

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Одноклассники
Опубликовать в Мой Мир
Опубликовать в Яндекс
Опубликовать в Google Plus
Опубликовать в LiveJournal

Также на эту тему Вы можете почитать

1 комментарий “Регулирование поверхностного стока земляного полотна”

Оставить комментарий

Место вашей рекламы