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 номограммам рис. 3 – 9 данного Документа. 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.
4.6 Проектирование мероприятий по дренированию дорожной одежды осуществляют в такой последовательности:
а) дорогу разделяют на типичные участки по продольному профилю и природным условиям (характер рельефа местности, наличие водотоков, пересекающих дорогу, и др.) с учетом особенностей конструкции земляного полотна (насыпь высотой по СНиПу, выемка или насыпь высотой ниже требуемой, переходный участок от насыпи к выемке) и дорожной одежды (монолитные слои основания, морозозащитные или теплоизолирующие слои из укрепленных материалов), обеспеченности материалами для дренирующего слоя, дренажными трубами и геотекстильными материалами; возможности осуществления мер по ограничению притока воды в дорожную конструкцию;
б) для типичных участков определяют количество воды, поступающей в основание за сутки и за расчетный период, предусматривая меры по ограничению притока воды в дорожную конструкцию;
в) намечают варианты дренажных конструкций;
г) обосновывают расчетом толщину дренирующего слоя для данных условий или определяют коэффициент фильтрации для дренирующего материала в заданной дренажной конструкции.
При проектировании дренирующего слоя необходимо, помимо осушения, учитывать необходимость обеспечения сдвигоустойчивости самого зернистого материала и прочности всей дорожной конструкции.
Если материалы для дренирующего слоя обладают различными коэффициентами фильтрации, а также в случаях, когда могут быть запроектированы устройства разных типов для отвода воды из дренирующего слоя, разрабатывают несколько вариантов, в том числе с использованием геосинтетических материалов, и на основании технико-экономического сравнения выбирают наиболее рациональный.
4.7 Дренажную систему следует проектировать с учетом объема притока воды, поступающей в основание дорожной одежды в расчетный период, водопроницаемости дренирующего слоя и конструкции земляного полотна.
4.8 При выборе конкретного мероприятия по регулированию притока проводится технико-экономическое сравнение вариантов по критериях минимальной толщины дренирующего слоя, стоимости устройства песчаных дополнительных слоев или гелтекстильных композытных дренажных прослоек. Более общим является критерий приведенных затрат на строительство и ремонт дорожной конструкции.
Комбинированный плоскостной горизонтальный дренаж – это универсальная конструкция для большинства участков дорог (рисунок 1).
Основные варианты конструктивных решений плоскостных дренажей дорожной одежды комбинированной системы (с использованием современных геосинтетических материалов в сочетании с трубчатыми дренами) представлены на рисунках 1а), 1б), 1в), дренажа с выводом на откос – на рисунке 1г).
а)
б)
в)
г)
1 – трубчатый дренаж; 2 – геосинтетик (геотекстиль, геодрена, геотруба); 3 – песчаный дренирующий и технологический (защитный) слой с Кф0,5 м3/(м2 сутки); 4 - дренажные трубы поперечных выпусков; 5 –растительных слой на откосе насыпи; 6 – геокомпозитный дренаж или геотекстиль
Рисунок 1 – Основные варианты конструктивных решений плоскостных дренажей с применением геосинтетических материалов
Поперечный дренаж мелкого заложения устраивают для поперечного перехвата воды, движущейся в дренирующем слое вдоль дороги, на участках с продольным уклоном свыше 20 ‰, а также с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные, в местах вогнутых вертикальных кривых и на участках уменьшения продольных уклонов (рисунок 2).
а) б)1 – поперечная прорезь
Рисунок 2 – Схема расположения поперечных прорезей (1) в плане: со сбросом воды в одну сторону при односкатном поперечном профиле на виражах (а); со сбросом воды в обе стороны при двускатном поперечном профиле проезжей части (б)
4.9 Дренирующий слой, работающий по принципу осушения, необходимо устраивать из песчаных грунтов или высокопроницаемой скелетной смеси крупнозернистых материалов имеющих узкий диапазон размеров частиц D85 < 4 D15 при отсутствии очень мелких частиц менее 0,63 мм (щебня или гравийно – песчаных и щебеночно-песчаных смесей) открытого типа (с незаполненными пустотами), отвечающих определенным требованиям по водопроницаемости, и укладывать под дорожной одеждой на всю ее ширину, обеспечивая его выход на откос. Дренирующий слой устраивают также с дренажными трубами для сбора и быстрого отвода воды за пределы земляного полотна. Следует предусматривать противозаиливающую защиту дрен и самих слоев.
Дренажные трубы и дренирующие геокомпозиты следует размещать на глубине ниже 0,2 м от глубины промерзания в данном районе строительства по карте изолиний глубины промерзания Znp(cp) грунтов на территории СНГ (рис. 4.4 ОДН 218.046-01). При невозможности обеспечения этого мероприятия следует обеспечивать защиту дренажной системы от промерзания путем устройства теплоизолирующих слоев из теплоизолирующих материалов или геоплит. Расчет теплоизоляции осуществляется в соответствии с разделом 4 (расчет на морозоустойчивость дорожных одежд ОДН 218.046-01).
4.10 При устройстве дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения, требуется устраивать слои из песчаного грунта толщиной 0,30 – 0,5 м и принимать в расчет на прочность дорожной одежды значения прочностных характеристик песчаного грунта с учетом более продолжительного периода его нахождения в неблагоприятном расчетном состоянии.
Для устройства дренирующего слоя, работающего по принципу осушения следует применять материалы с коэффициентом фильтрации не менее 1 м/сут. При одновременном выполнении слоем дренирующих и морозозащитных функций целесообразны материалы с коэффициентом фильтрации 1-2 м/сут.
4.11 В зависимости от условий увлажнения можно выделить три модели дорожных одежд.
Первая модель – с водопроницаемым для осадков покрытием и пористым нижним дополнительным слоем основания характерна для мостовых, щебеночных (гравийных) покрытий и старых дорожных одежд с покрытиями имеющими разрывы сплошности (трещины, ямочность и т.п.). В этом случае дополнительный слой выполняет функцию дренирования воды. Для повышения устойчивости одежд он устраивается из стабильных к увлажнению материалов.
Вторая модель – с водопроницаемым пористым дополнительным слоем и водонепроницаемыми покрытиями (асфальтобетон, поверхностная обработка, цементобетон). В конструкциях одежд этой модели очень широко для дренирующего дополнительного слоя применяют пористые материалы (песок, щебень, гравийно-песчаную смесь, шлаки и др.).
Наличие пористого (дренажного) слоя в этом случае рационально использовать, если близко залегают грунтовые воды (во II и III дорожно-климатических зонах для всех схем увлажнения рабочего слоя, а также в IV и V зонах – для 3-й схемы). Если грунтовые воды залегают глубоко, пористый слой не только не выполняет функции дренирования, а наоборот, ухудшает водный режим. В связи с этим при наличии водонепроницаемых покрытий устройство песчаного слоя, а также применение других пористых материалов для граничного слоя на участках с глубоким залеганием грунтовых вод (в IV и V зонах – для 1- й и 2 -й схемы) нецелесообразно.
Третья модель – с водонепроницаемым покрытием и плотным дополнительным нижним слоем. Эта модель рекомендуется для современных дорожных одежд, где все слои плотные и укреплены вяжущим (асфальтобетон, основание из укатываемого бетона, дополнительное основание на границе с земляным полотном, грунтоцемент и т.п.). Такие конструкции имеют наибольшую устойчивость, поскольку практически исключено проникновение к слою воды сверху и снизу. В этом случае материалы между покрытием и граничным слоем находятся как бы в водонепроницаемой обойме. Это позволяет применять в промежуточных слоях одежды маловодостойкие, неморозостойкие и малопрочные плотные материалы.
4.12 При проектировании водоотвода и дренажа на автомобильных дорогах учитываются следующие типы водного питания грунтов: намывное, атмосферное, грунтовое, грунтово-напорное и пучинное.
Намывное питание (затопление) вызывается притоком поверхностных вод с участков, расположенных за пределами дорожной одежды, а также подъемом воды в ближайшем водоеме во время паводков или длительных интенсивных ливней.
Атмосферное питание вызывается дождевыми осадками и талыми водами от весеннего снеготаяния. Характерно для площадей с малыми уклонами.
Грунтовое питание характеризуется переувлажнением поверхности дорожной одежды в результате капиллярного поднятия влаги от уровня грунтовых вод, стекающих и частично застаивающихся на водоупорном слое.
Грунтово-напорное питание обусловлено притоком грунтовой напорной воды по водоносному слою, перекрытого слоем слабопроницаемого грунта (глины, суглинка). Напор воды создается за счет подпора воды в близлежащих водоемах или при стоке грунтовой воды с более возвышенных участков.
Пучинное питание вызывается оттаиванием весной ледяных кристаллов и линз, накопленных в грунте за зимний период. Этот тип влагонакопления наиболее важен для автомобильных дорог в I-II дорожно-климатической зоне.
Все типы водного питания могут встречаться как в обособленном виде, так и в сочетании нескольких из них. В зависимости от дорожно- климатической зоны, конструкции дорожной одежды и условий эксплуатации один из типов водного питания может быть превалирующим.
Значительное влияние на водный режим земляного полотна оказывает дорожная одежда и особенно состояние ее покрытия и нижних дополнительных слоев, которые должны быть теплоизолирующими. В одних и тех же грунтовых, гидрологических и климатических условиях под дорожными одеждами с различными водно-тепловыми свойствами накапливается различное количество влаги, что обусловливает различную прочность грунта полотна.
Для дорог I-II категории во III-V дородно-климатической зонах увлажнение земляного полотна и слоев дорожной одежды происходит главным образом вследствие миграции пленочной или капиллярной влаги снизу от водонасыщенных горизонтов, не заполняющей сплошь поры грунта при значительной роли водяных паров. Таким образом основным конструктивным фактором для регулирования ВТР дорожной конструкции является устройство в пониженных местах рельефа парогидроизоляционного слоя в виде геокомпозитного дренажного мата или грунта в обойме (материалы и горные породы в обойме из геосинтетических материалов).
4.13 Для обеспечения устойчивости земляного полотна, возводимого из связных грунтов, необходимо ограничить поступление в них влаги снизу и предусмотреть мероприятия для быстрейшего отвода из основания дорожной одежды воды, освобождающейся при оттаивании мерзлых грунтов, а также проникающей с поверхности автомобильной дороги.
На участках, находящихся в неблагоприятных условиях увлажнения (3-я степень увлажнения), где можно ожидать практически полное насыщение водой грунта верхней части земляного полотна (для супесчаных грунтов, примерно 0,70·Wт, для суглинистых и глинистых грунтов, примерно 0,75·Wт, Wт – граница текучести), проектируются мероприятия, ограничивающие миграцию влаги.
Необходимо предусматривать следующие мероприятия для отвода из основания проезжей части воды, освобождающейся при оттаивании мерзлых грунтов, а также проникающей с поверхности автомобильной дороги:
1) Увеличение расстояния от низа дорожной одежды до уровня грунтовых вод (УГВ) (возведение более высокой насыпи, понижение уровня грунтовых вод). Конструктивно и технологически удобнее поднимать бровку земляного полотна.