Краткие теоретические сведения

Устойчивость и прочность земляного полотна во многом зависят от наличия и исправности водоотводных устройств и сооружений. Проникающая в тело вода снижает стабильность и долговечность работы земляного полотна. Борьба с проникающей водой всегда сложнее и дороже, чем отвод. 

       Для перехвата и отвода вод применяют различные устройства и сооружения: канавы, лотки, земляные валики, специальную планировку земной поверхности, устройства ливневой (дождевой) канализации, специальные гидротехнические сооружения в виде перепадов, быстротоков, сбросов, а также гасителей энергии при них, регуляционные дамбы.

       Канавы – наиболее распространенное устройство. Форма, как правило, трапецеидальная, размеры определяются на основании гидравлических расчетов.

       В малоустойчивых оплывающих грунтах вместо открытых канав применяют водосборные и водоотводные лотки.

       Лотки представляют собой те же канавы, но укрепленные так, что конструкция может воспринимать боковое давление грунта. Формы могут быть различные: трапецеидальной, прямоугольной, полукруглой или треугольной.

       За стенками отсыпают фильтры из дренирующего песка, гравия или щебня, лоток служит не только для сбора поверхностной воды, но и для подземной воды. Лотки должны на зиму утепляться, т.е укрываться съемными щитами.

       На крутом уклоне местности в канавы устраивают (предупреждая размыв) гасители: быстротоки, перепады, водобойные колодцы, консольно-леечные водосбросы.

       Быстротоками наз. короткие каналы (лотки) имеющие значительный уклон

 

                                        1:2

 

         1

                                                    2                    3

Рис. 5 Быстроток: 1- мощение камнем, 2- водобойная стена, 3- мощение камнем

 

 

 

Рис. 6 Перепад

 

       Перепады выполняют функцию гасителя, они бывают одно – и многоступенчатые.

       В выемках для пропуска воды через земляное полотно водотоков устраивают дюкеры т.е трубы в выемках

 

         1

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                            2                            

Рис.7 Дюкер на пересечении водотока выемкой: 1 бетонный колодец, 2 – труба.          

           

У выемок проектируются и рассчитываются в основном нагорные канавы, у насыпей - продольные водоотводные канавы. Расположение, поперечные размеры и уклоны канав проектируют таким образом, чтобы вода протекала в них без переполнения, а скорость её течения была достаточной для предотвращения заиливания канав и не размывались дно и откосы канав.

       Канавы проектируют как правило прямые и в обычных грунтах рекомендуют сохранять ширину канавы по дну

Продольный уклон во избежании заиливания должен быть не менее 3%о. На болотах, речных поймах или др. водотоках канавы проектируют 2 %о, в исключительных случаях допускается 1 %о. Если свыше 3 %о, то укрепляют дно и стены канав. Вся площадь с которой вода стекает в данную канаву наз. её бассейном.

При расчетах определяются сечение канав с расчетом на пропуск максимального расчетного расхода воды и определяется глубина наполнения к ней прибавляем 0.2 м на возвышение бровки канавы над расчетным уровнем воды, но не менее 0.6 м по глубине и ширине (на болотах не менее 0.8м) Откосы обычно делают крутизной 1:1,5, а в песках и в слабых грунтах – 1:2, в щебенистых и скальных 1:1.

 

                0.2

                                                                                           

РННННР                             Рис.8 Схема к гидравлическому расчету канавы

 1: т        1:т в    

                       а

Расчет производят с учетом использования физического расхода воды в канаве

 

где a     - ширина дна канавы 

       h     - глубина воды в канаве

       m    - коэффициент крутизны откосов

       p     - смоченный периметр канавы, м.

       По этим формулам могут быть решены следующие задачи:

1. Заданы расход воды и продольный уклон дна канавы. Определить размеры поперечного сечения канавы и выбрать способы укрепления дна и откосов.

2. Заданы расход воды, продольный уклон дна, допускаемая скорость воды. Определить размеры поперечного сечения канавы.

3. Заданы расход воды Qи ширина a канавы по дну. Определить расчетную глубину канавы, продольный уклон дна и необходимость укрепления дна и откосов.

Последняя задача решается методом подбора, в начале задается глубина канавы h и уклон и определяется площадь живого сечения канавы w, вычисляют смоченный периметр р

Гидравлический радиус: R = w / p

 

Скорость течения воды в канаве

где С – коэф. зависящий от шероховатости поверхности днаи гидравлического радиуса.

       i- продольный уклон дна

 

Таблица 3 Значение коэффициента С

Род русла канавы