Сбор и отвод поверхностных вод от земляного полотна
Для сбора и отвода поверхностных вод от земляного полотна служат канавы и лотки.
Водоотводные канавы, как правило, имеют трапецеидальное сечение, наиболее удобное для их устройства, ремонта и содержания. Размеры канав устанавливаются расчетом по наибольшему расходу воды Qpacч.
Расход воды определяют по нормам поверхностного стока в зависимости от размеров бассейна, интенсивности ливней, крутизны дна лога и его боков и водопроницаемости почвы. Этот расход непостоянен по длине канавы и увеличивается от верховья к устью. В длинных канавах (более 100–200 м) расход определяется в нескольких поперечных сечениях, и канава проектируется отдельными участками.
Рис. 1 – Поперечное сечение водоотводной канавы
Существует несколько способов расчета. Можно задаться (рис. 1) шириной по дну b (≥ 0,06 м), высотой hнаполнения канавы (≥ 0,4 м при глубине канавы ≥ 0,6 м) и уклоном дна i в соответствии с уклоном местности. Далее определяется скорость течения воды в канаве по формуле
где С – коэффициент шероховатости, берется из справочников по гидравлике;
R = ω/Р – гидравлический радиус;
ω – площадь сечения водного потока в канаве;
Р – смоченный периметр: 
;
n – показатель крутизны откоса канавы.
Если скорость υ превышает допускаемую для данного грунта, то предусматривают укрепление канавы или принимают более пологий уклон дна. Получив скорость течения воды в канаве, находят фактический расход:
Qфакт = ω·υ,
который может пропустить канава, и сравнивают его с Qрасч – требуемым расходом воды. Если расхождение между Qфакт и Qрасч превышает 5%, то изменяют размеры канавы или уклон дна и расчет повторяют.
При неустойчивых грунтах, а также при большой глубине канав для сокращения объема земляных работ вместо канав устраивают лотки, преимущественно железобетонные (рис. 2), каменные, бетонные, а в местностях, богатых лесом, как исключение, – деревянные. Форма их может быть различной: трапецеидальной, прямоугольной, полукруглой и треугольной.
Рис. 2 – Железобетонный лоток рамного типа: 1 – железобетонные плиты; 2 – заполнение песком; 3 – железобетонные рамы; 4 – цементная смазка; 5 – тощий бетон; 6 – песчано-щебеночная подготовка толщиной 5 см; 7 – тощий бетон; 8 – дренажные отверстия
При крутом уклоне местности, чтобы не делать дорогостоящее укрепление канав, последние проектируют с пологими уклонами, сопрягая отдельные участки быстротоками или перепадами.
Перепад представляет собой устройство с одним или несколькими уступами, позволяющими на относительно коротком расстоянии значительно понизить уровень текущей воды (рис. 3). Та же цель может быть достигнута устройством быстротока (рис. 4), то есть короткого канала с большим продольным уклоном (i = 0,1÷0,8). В перепадах и быстротоках течение воды достигает больших скоростей, поэтому в конце их сооружают водобойные колодцы и уступы.
Рис. 3 – Двухступенчатый перепад с водобойными уступами
Рис. 4 – Железобетонный быстроток: 1 – входной участок; 2 – примыкание быстротока к трубе
Отвод воды на станциях имеет особое значение, так как это необходимое условие для обеспечения не только прочности и устойчивости земляного полотна, но и всех станционных устройств. Поверхностные воды, стекающие с нагорной стороны к станционной территории, перехватываются нагорными канавами в выемках и продольными водоотводными канавами у насыпей. Собранная вода отводится к искусственным сооружениям или к пониженным местам.
Сбора и отвод воды, попадающей непосредственно на территории путевого развития и площадки станционных устройств, применяют систему продольных и поперечных водоотводов.
При пилообразном профиле земляного полотна станций в пониженных междупутьях укладывают типовые сборные железобетонные лотки глубиной 0,75–2 м. Собранная ими вода поступает в поперечные подземные трубы – коллекторы и отводится ими на поверхность земли, во внешний продольный водоотвод, в продольный коллектор станционной или городской канализации. Дну лотка придают уклон 0,002–0,005. В водораздельной точке глубина лотка должна быть не менее 0,25 м. Расстояние между коллекторами устанавливается расчетами (не менее 100–200 м).
При большом количестве осадков для облегчения стока на станциях к продольным лоткам укладывают через 25–50 м междушпальные деревянные или железобетонные лотки (рис. 5).
Рис. 5 – Междушпальный водоотводный лоток на станциях
От централизованных стрелочных переводов на щебеночном балласте воду собирают вдоль границы их балластной призмы со стороны притока поверхностных вод и выпускают ее в поперечные междушпальные лотки глубиной 0,2 м.
На пассажирских, грузовых и технических станциях в черте городов с развитой системой канализации возможно устройство продольного закрытого водоотвода из труб.
Сбор и отвод грунтовых вод
Наличие грунтовой воды, протекающей в водоносных слоях и просачивающейся в почву с поверхности, уменьшает сопротивление сдвигу, несущую способность грунта и вызывает другие вредные явления в земляном полотне. Вода оказывает и химическое воздействие на грунт. Она растворяет минеральные частицы, содержащиеся в некоторых грунтах, и образует подземные пустоты (карсты).
Если грунтовые воды угрожают нарушению прочности и устойчивости земляного полотна, то необходимо или перехватить, собрать и отвести их в сторону от земляного полотна, или понизить их уровень. Для этого служат дренажные устройства. К ним относятся открытые дренажные канавы, лотки, закрытые дренажи траншейного типа, штольни, дренажные колодцы.
Канавы и лотки с открытой водосборной частью одновременно отводят и грунтовые, и поверхностные воды. Грунтовые воды поступают в канаву, просачиваясь через ее боковые стенки и дно, или только откосы, если канава заглублена в водоупорной слой. Как дренажное устройство канавы применяют при неглубоком залегании грунтовых вод. Лотки (смотрите рис. 2) для фильтрации воды из грунта имеют отверстия в боковых стенках. В нижней же части лотка отверстий нет. Это сделано во избежание инфильтрации воды из лотка в грунт. Дну лотка придают уклон не менее 0,003–0,005, укрепляют его в соответствии с расчетной скоростью.
Подземные водоотводы для осушения грунтов, понижения уровня грунтовых вод и отвода их от земляного полотна называются дренажами. Устраивают их в водонасыщенных грунтах, подвергающихся неравномерному вспучиванию при замерзании. Наибольшее распространение получили подкюветные дренажи, предназначенные для понижения уровня грунтовых вод под основной площадкой земляного полотна. Ось подкюветного дренажа располагают на расстоянии 3700 мм от оси пути. В зависимости от того, врезается дно дренажа в водоупорный слой или не доходит до него, различают совершенные и несовершенные дренажи. Если водоупорный слой залегает на глубине до 4 м от бровки земляного полотна, то обычно устраивают совершенные дренажи (рис. 6, а), если глубже, – несовершенные (рис. 6, б). Ширина траншеи при ручной разработке 0,8–1,0 м при глубине до 2 м и 1–1,5 м при глубине более 2 м. Траншее придают продольный уклон не менее 3‰, а на дне укладывают дрену. При небольшом поступлении воды дрену устраивают в виде слоя щебня или гравия, чаще же она представляет собой гончарную трубу внутренним диаметром 12,5–17,5 см с отверстиями для поступления воды. Устройство таких дренажей очень сложно и требует больших затрат труда.
Рис. 6 – Подкюветный дренаж: 1 – одиночное мощение; 2 – утрамбованный глинистый грунт; 3 – два слоя дерна; 4 – крупнозернистый песок; 5 – щебень или гравий; 6 – щебень или галька; 7 – перфорированная труба; 8 – утрамбованный щебень; 9 – деревянные доски; 10 – кривая депрессии
Всесоюзным научно-исследовательским институтом железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ) разработана специальная машина для сооружения продольных дренажей и применительно к ней создана простая конструкция дренажа шириной 52 см, которая находит все более широкое применение (рис. 7).
Рис. 7 – Дренаж конструкции ВНИИЖТ с керамзитовым трубофильтром: 1 – утрамбованный местный грунт; 2 – песчаная засыпка; 3 – трубофильтр; 4 – подсыпка из гравия или щебня; 5 – водоупор
В траншею, прорытую машиной, на дно или на слой гравийной или щебеночной подсыпки укладывают трубофильтры и засыпают их на всю глубину траншеи фильтрующим материалом. Трубофильтры (рис. 8) изготовляют из керамзитового гравия с цементным раствором длиной от 0,5 до 1 м, внутренним диаметром от 50 до 500 мм. Соединяют их между собой с помощью гибких пластических муфт. Трубопровод укладывают в траншею механизированным способом. Сооружение и эксплуатация такого дренажа обходится значительно дешевле.
Рис. 8 – Трубофильтр
Для понижения уровня грунтовых вод, залегающих на глубине 6–10 м, устраивают дренажные галереи (рис. 9) из железобетонных элементов, размеры которых позволяют работать в галерее человеку. Вода в галерею поступает через отверстия в стенах. Для наблюдения за работой и прочистки труб через каждые 70–100 м в трубчатом дренаже и 100–150 м в галерее, а также в местах изменения профиля и плана дренажей устраивают смотровые колодцы (рис. 10).
Рис. 9 – Конструкция дренажной галереи: 1 – одерновка; 2 – глинобетон; 3 – водоупор; 4 – лоток из тощего бетона; 5 – кривая депрессии
Рис. 10 – Конструкция сборного железобетонного смотрового колодца: 1 – железобетонные кольца; 2 – бетон; 3 – подготовка из щебня; 4 – лаз в колодец
Штольни представляют собой слабо наклонный ход в толще водоносного грунта с основанием, заглубленным в водонепроницаемый слой. Конструкция и размеры поперечного сечения те же, что и у галерей. Вода фильтруется в штольню через боковые стенки. Через 150–250 м по длине штольни закладывают шахты, необходимые для производства работ, осмотра и вентиляции штольни.
На станциях сбор и отвод грунтовых вод осуществляется в зависимости от местных условий. При одностороннем поступлении грунтовых вод и неглубоком залегании водоупорного слоя возможен полный каптаж (перехват) грунтовых вод. При высоком стоянии грунтовых вод понижают их уровень устройством дренажей траншейного типа. Отвод технических и хозяйственных вод от гидроколонок, поворотных кругов, канав депо и других устройств осуществляется канализационными трубами.
№25. Технология строительства щебеночного основания (покрытия) методом заклинки. Контроль качества устройства щебеночного основания (покрытия) методом заклинки.
Работы по устройству щебеночных оснований и покрытий методом заклинки следует производить в два этапа:
распределение основной фракции щебня и его предварительное уплотнение (обжатие и взаимозаклинивание);
распределение расклинивающего щебня (расклинцовка двух-, трехразовая) с уплотнением каждой фракции. Для оснований допускается одноразовая расклинцовка. При применении щебня осадочных пород марки по прочности менее 600 при устройстве оснований работы можно выполнять в один этап.
Доуплотнение при необходимости следует осуществлять регулированием движения построечного транспорта по ширине основания (покрытия).
На первом и втором этапах основание уплотняют катками на пневматических шинах массой не менее 16 т с давлением воздуха в шинах 0,6 - 0,8 МПа прицепными вибрационными катками массой не менее 6 т, решетчатыми массой не менее 15 т, самоходными гладковальцовыми - массой не менее 10 т и комбинированными - массой более 16 т. Общее число проходов катков статического типа должно быть не менее 30 (10 на первом этапе и 20 на втором), комбинированных типов - не менее 18 (6 и 12) и вибрационного типа - не менее 12 (4 и 8).
Основания из щебня марок по прочности менее 600 и по пластичности Пл2, Пл3 уплотняют катками на пневматических шинах массой не более 16 т не менее чем за 20 проходов или виброплитами.
Для уменьшения трения между щебенками и ускорения взаимозаклинивания укатку следует производить, поливая щебень водой (ориентировочно 15 - 25 л/м2, при уплотнении шлакового щебня - 25 - 35 л/м2 на первом этапе и 10 - 12 л/м2 по расклинивающей фракции).
На втором этапе следует производить расклинцовку слоя щебня фракциями мелкого щебня с последовательно уменьшающимися размерами.
При использовании трудноуплотняемого щебня слой щебня перед распределением расклинивающего материала следует обрабатывать органическим вяжущим материалом из расчета 2 - 3 л/м2.
Расход расклинивающих фракций щебня следует принимать по табл. 2.5.
Таблица 2.5
| Размер основной фракции щебня, мм | Расход расклинивающих фракций, м3, на 1000 м2 при их размерах, мм | ||
| 20 - 40 | 10 - 20 | 5 - 10 | |
| 40 – 70 | - | ||
| 70 - 120 |
Примечание. При строительстве оснований из щебня фракции 40 - 70 мм методом заклинки допускается применять одноразовую расклинку смесью щебеночных и песчано-щебеночных фракций 5 - 20, 0 - 20, 0 - 10 мм, а при применении щебня 70 - 120 мм использовать фракции 5 - 40 мм. Расход смесей должен соответствовать суммарным требованиям табл. 6.
После окончания уплотнения покрытия по его поверхности следует распределять каменную мелочь из изверженных пород марки по прочности не ниже 800 (из осадочных пород - не ниже 600) в количестве 1 м3 на 100 м2 и уплотнять ориентировочно за 4 - 6 проходов катка.
По окончании уплотнения шлакового слоя из активных и высокоактивных шлаков в случае, если сразу не устраивается вышележащий слой, следует производить поливку его водой в течение 10 - 12 дней из расчета 2 - 2,5 л/м2.
№26. Устройство щебеночных оснований (покрытий) по способу пропитки органическими вяжущими.
Устраивать покрытие и основание из щебня обработанного по способу пропитки битумом, дегтем или битумными эмульсиями следует в сухую погоду при температуре воздуха не ниже 5 градусов. При использовании битумных эмульсий при температуре не ниже 10 градусов их следует применять в теплом виде подогревать до температуры 40-50 градусов.
Покрытие по способу пропитки следует устраивать из щебня изверженных пород марки не ниже 800 или осадочных и метаморфических марки не ниже 600.
Щебень используемый для устройства снований должен иметь марку не ниже 600.
Применяется щебень фр 40-70, 20-40, 10-20, 5-10мм.
Расход основной фракции щебня 40-70 или 20-40мм определяется с коэффициентом 0,9 проектной толщине слоя и увеличение этого объема на коэффициент запаса не уплотнение 1,25. Последующие мелкие фракции щебня 20-40, 10-20, 5-10 расходуются из расчета 0,9-1,1м3/100м2 основания или покрытия, розлив битума производится при температуре 120-130 градусов по норме 1-1,1л/м2 на каждый см. толщины слоя и дополнительно 1,5-2,0л/м2 для покрытия.
В качестве вяжущего применяется битум БНД 60/90, 90/130, 130/200.
Розлив битума от общего расхода производится по фракциям щебня 40-70мм 50%, 20-40мм 30%, 10-20мм 20%.
При использовании битумной эмульсии ее концентрация должна быть 50-55% при применении известнякового щебня и при применении гранитного щебня 55-60%. А расход соответственно увеличен до расхода битума в чистом виде (если расход битума 1,5л/м2 то при применении битумной эмульсии с 50% концентрацией ее расход составит 3л/м2).
Распределение и уплотнение расклинивающей фракции следует производить сразу после розлива вяжущего.
Технологическая схема устройства щебеночного основания по способу пропитки органическим вяжущим.
(схема)
1.1. очистка основания от пыли и грязи поливомоечной машиной ПМ 130Б, данная операция производится если ниже лежащий слой из цементогрунта.
2.2. транспортировка основной фракции щебня 40-70 или 20-40мм автосамосвалами.
2.3. распределение (укладка) основной фракции щебня:
а) бульдозерами или автогрейдерами
б) самоходным щебне распределителем ДС-54 (выгрузка щебня осуществляется в бункер щебне распределитель)
Если распределение производится бульдозерами или автогрейдерами следует провести планировочные работы.
2.4. уплотнение щебня основной фракции катками массой 6-8т за 5-7 проходов
При температуре воздуха до 20 градусов щебень основной фракции следует уплотнять как правило без увлажнения, при температуре выше 20 градусов щебень следует поливать водой из расхода 8-10л/м2. В этом случае разливать битум следует только после просыхания щебня, а битумную эмульсию следует разливать по влажному щебню.
3.5. розлив вяжущего материала автогрейдером в первом периоде. Норма розлива для битума 50% от общего расхода.
4.6. транспортировка первой расклинивающей фракции щебня 20-40 или 10-20мм автосамосвалами.
4.7. распределение (укладка) первой расклинивающей фракции:
а) бульдозерами или автогрейдерами
б) самоходным щебне распределителем ДС-54
4.8. уплотнение щебня первой расклинивающей фракции катками массой 10-13т за 3-4 прохода.
4.8а. при использовании в качестве вяжущего битумной эмульсии первый розлив 70% от общего расхода следует производить после распределения первой расклинивающей фракции и ее уплотнение, а остальные 30% после уплотнения второй расклинивающей фракции.
5.9. розлив битума автогудронатором во втором периоде норма расхода 30% от общего объема.
6.10. транспортировка второй расклинивающей фракции щебня 10-20 или 5-10мм.
Расклинивающая фракция щебня 5-10мм используется только при устройстве покрытия. При устройстве основания фракция 5-10мм применять не следует.
6.11. распределение (укладка) второй расклинивающей фракции:
а) бульдозерами или автогрейдерами
б) самоходным щебне распределителем ДС-54
6.12. уплотнение щебня второй расклинивающей фракции катками 10-13т за 3-4 прохода.
7.13. розлив битума в третьем периоде в количестве 20% от общего расхода.
8.14. транспортировка третьей расклинивающей фракции 5-10мм автосамосвалами.
8.15. распределение (укладка) третьей расклинивающей фракции:
а) бульдозерами или автогрейдерами
б) самоходным щебне распределителем ДС-54
8.16. уплотнение щебня третьей расклинивающей фракции катками 10-13т за 3-4 прохода.
Движение построечного транспорта разрешается после уплотнения последней расклинивающей фракции щебня. В течении 10 дней движение транспорта регулируется по всей ширине покрытия с ограничением скорости до 40км/ч.
Контроль качества.
Следует контролировать: при каждом розливе температура вяжущего материала постоянно проверяется, визуально равномерно распределение материала и качество уплотнения путем контрольного прохода катка 10-13т по всей длине участка. При проходе катка не должно оставаться следа и возникать волна перед вальцом.
№27. Рекомендуемые виды покрытия в зависимости от категории автомобильной дороги и дорожно-климатической зоны. Контроль качества.