Водозбірні, водовідвідні та дренажні пристрої

Щоб запобігти перезволоження грунтів земляного полотна поверхневими водами, оберегти їх від шкідливого впливу грунтових вод і захистити від размивного дії поточної води, проектують спеціальні споруди та пристрої. Попереджають перезволоження земляного полотна, не допускаючи застою поверхневих і виробничих вод. Для цього його поверхню вирівнюють і влаштовують поперечні і поздовжні водовідводи: канави, лотки, зливову (дощову) каналізацію на станціях і інше. Поздовжні ухили цих водовідвідних споруд повинні бути не менше 3 ‰, але у важких умовах (заплави річок, болота) допускаються 2 ‰ і у виняткових випадках - 1 ‰.

Збір і відведення поверхневих вод від земляного полотна

Для збору і відводу поверхневих вод від земляного полотна служать канави і лотки.

Водовідвідні канави. як правило, мають трапецієподібно перетин, найбільш зручне для їх влаштування, ремонту та утримання. Розміри канав встановлюються розрахунком по найбільшому витраті води Qpacч.

Витрата води визначають за нормами поверхневого стоку в залежності від розмірів басейну, інтенсивності злив, крутизни дна балки і його боків і водопроникності грунту. Цей витрата непостійний по довжині канави і збільшується від верхів'я до гирла. У довгих канавах (більше 100-200 м) витрата визначається в декількох поперечних перетинах, і канава проектується окремими ділянками.

Мал. 1 - Поперечний перетин водовідвідної канави

Існує кілька способів розрахунку. Можна задатися (рис. 1) шириною по дну b (≥ 0,06 м), висотою h наповнення канави (≥ 0,4 м при глибині канави ≥ 0,6 м) і ухилом дна i відповідно до ухилом місцевості. Далі визначається швидкість течії води в канаві за формулою

де С - коефіцієнт шорсткості, береться з довідників з гідравліки;

R = ω / Р - гідравлічний радіус;

ω - площа перетину водного потоку в канаві;

Р - змочений периметр:;

n - показник крутизни укосу канави.

Якщо швидкість υ перевищує допустиму для даного грунту, то передбачають зміцнення канави або приймають більш пологий ухил дна. Отримавши швидкість течії води в канаві, знаходять фактичні витрати:

який може пропустити канава, і порівнюють його з qрасч - необхідною витратою води. Якщо розбіжність між Qфакт і qрасч перевищує 5%, то змінюють розміри канави або ухил дна і розрахунок повторюють.

При нестійких грунтах, а також при великій глибині канав для скорочення обсягу земляних робіт замість канав влаштовують лотки. переважно залізобетонні (рис. 2), кам'яні, бетонні, а в місцевостях, багатих лісом, як виняток, - дерев'яні. Форма їх може бути різною: трапецеидальной, прямокутної, напівкруглої і трикутної.

Мал. 2 - Залізобетонний лоток рамного типу: 1 - залізобетонні плити; 2 - заповнення піском; 3 - залізобетонні рами; 4 - цементна мастило; 5 - худий бетон; 6 - піщано-щебенева підготовка товщиною 5 см; 7 - худий бетон; 8 - дренажні отвори

При крутому ухилі місцевості, щоб не робити дороге зміцнення канав, останні проектують з пологими схилами, поєднуючи окремі ділянки швидкотоків або перепадами.

Перепад являє собою пристрій з одним або декількома уступами, що дозволяють на відносно короткій відстані значно знизити рівень поточної води (рис. 3). Та ж мета може бути досягнута пристроєм бистротоку (рис. 4), тобто короткого каналу з великим поздовжнім ухилом (i = 0,1 ÷ 0,8). У перепадах і швидкотоків протягом води досягає великих швидкостей, тому в кінці їх споруджують водобійні колодязі і уступи.

Мал. 3 - Двохступеневий перепад з водобійного уступами

Мал. 4 - Залізобетонний швидкотоків: 1 - вхідний ділянку; 2 - примикання бистротоку до труби

Відведення води на станціях має особливе значення, так як це необхідна умова для забезпечення не тільки міцності і стійкості земляного полотна, а й усіх станційних пристроїв. Поверхневі води, що стікають з нагірній боку до станційної території, перехоплюються нагірними канавами в виїмках і поздовжніми водовідвідних канавами у насипів. Зібрана вода відводиться до штучних споруд або до знижених місцях.

Збору і відведення води, що потрапляє безпосередньо на території колійного розвитку і майданчики станційних пристроїв, застосовують систему поздовжніх і поперечних водовідводів.

При пилкоподібний профілі земляного полотна станцій в знижених міжколійях укладають типові збірні залізобетонні лотки глибиною 0,75-2 м. Зібрана ними вода надходить в поперечні підземні труби - колектори і відводиться ними на поверхню землі, в зовнішній поздовжній водовідведення, в подовжній колектор станційної або міської каналізації. Дну лотка надають ухил 0,002-0,005. У вододільній точці глибина лотка повинна бути не менше 0,25 м. Відстань між колекторами встановлюється розрахунками (не менше 100-200 м).

При великій кількості опадів для полегшення стоку на станціях до поздовжніх лотків укладають через 25-50 м міжшпальні дерев'яні або залізобетонні лотки (рис. 5).

Мал. 5 - міжшпальні водовідвідний лоток на станціях

Від централізованих стрілочних переводів на щебеневому баласті воду збирають вздовж кордону їх баластної призми з боку припливу поверхневих вод і випускають її в поперечні міжшпальні лотки глибиною 0,2 м.

На пасажирських, вантажних і технічних станціях в межах міст з розвиненою системою каналізації можливо пристрій поздовжнього закритого водовідведення з труб.

Збір і відведення грунтових вод

Наявність грунтових вод, що протікає в водоносних шарах і просочується в грунт з поверхні, зменшує опір зрушенню, несучу здатність грунту і викликає інші шкідливі явища в земляному полотні. Вода робить і хімічний вплив на грунт. Вона розчиняє мінерали, що містяться в деяких грунтах, і утворює підземні пустоти (карсти).

Якщо грунтові води загрожують порушення міцності і стійкості земляного полотна, то необхідно або перехопити, зібрати і відвести їх в сторону від земляного полотна, або знизити їх рівень. Для цього служать дренажні пристрої. До них відносяться відкриті дренажні канави, лотки, закриті дренажі траншейного типу, штольні, дренажні колодязі.

Канави і лотки з відкритою водозбірної частиною одночасно відводять і грунтові, і поверхневі води. Грунтові води надходять в канаву, просочуючись через її бічні стінки і дно, або тільки укоси, якщо канава заглиблена в водоупорной шар. Як дренажний пристрій канави застосовують при неглибокому заляганні ґрунтових вод. Лотки (дивіться рис. 2) для фільтрації води з грунту мають отвори в бічних стінках. У нижній же частині лотка отворів немає. Це зроблено, щоб уникнути інфільтрації води з лотка в грунт. Дну лотка надають ухил не менше 0,003-0,005, зміцнюють його відповідно до розрахункової швидкістю.

Підземні водовідводи для осушення грунтів, зниження рівня ґрунтових вод і відведення їх від земляного полотна називаються дренажами. Влаштовують їх в водонасичених грунтах, що піддаються нерівномірному спучуванню при замерзанні. Найбільшого поширення набули подкюветние дренажі. призначені для зниження рівня ґрунтових вод під основним майданчиком земляного полотна. Ось подкюветного дренажу розташовують на відстані 3700 мм від осі колії. Залежно від того, врізається дно дренажу в водотривких шар або не доходить до нього, розрізняють вчинені і недосконалі дренажі. Якщо водотривких шар залягає на глибині до 4 м від бровки земляного полотна, то зазвичай влаштовують вчинені дренажі (рис. 6, а), якщо глибше, - недосконалі (рис. 6, б). Ширина траншеї при ручній розробці 0,8-1,0 м при глибині до 2 м і 1-1,5 м при глибині більше 2 м. Траншеї надають поздовжній ухил не менше 3 ‰, а на дні укладають дрену. При невеликому надходженні води дрену влаштовують у вигляді шару щебеню або гравію, частіше ж вона являє собою гончарну трубу внутрішнім діаметром 12,5-17,5 см з отворами для надходження води. Пристрій таких дренажів дуже складно і вимагає великих витрат праці.

Мал. 6 - Подкюветний дренаж: 1 - одиночне мощення; 2 - утрамбований глинистий грунт; 3 - два шари дерну; 4 - крупнозернистий пісок; 5 - щебінь або гравій; 6 - щебінь або галька; 7 - перфорована труба; 8 - утрамбований щебінь; 9 - дерев'яні дошки; 10 - крива депресії

Всесоюзним науково-дослідним інститутом залізничного транспорту (ВНИИЖТ) розроблена спеціальна машина для спорудження поздовжніх дренажів і стосовно до неї створена проста конструкція дренажу шириною 52 см, яка знаходить все більш широке застосування (рис. 7).

Мал. 7 - Дренаж конструкції ВНИИЖТ з керамзитовим трубофільтри: 1 - утрамбований місцевий грунт; 2 - піщана засипка; 3 - трубофільтри; 4 - підсипка з гравію або щебеню; 5 - водоупорами

У траншею, прориту машиною, на дно або на шар гравійної або щебеневої підсипки укладають трубофільтри і засипають їх на всю глибину траншеї, що фільтрує. Трубофільтри (рис. 8) виготовляють з керамзитового гравію з цементним розчином довжиною від 0,5 до 1 м, внутрішнім діаметром від 50 до 500 мм. З'єднують їх між собою за допомогою гнучких пластичних муфт. Трубопровід укладають в траншею механізованим способом. Спорудження та експлуатація такого дренажу обходиться значно дешевше.

Мал. 8 - трубофільтри

Для зниження рівня ґрунтових вод, що залягають на глибині 6-10 м, влаштовують дренажні галереї (рис. 9) із залізобетонних елементів, розміри яких дозволяють працювати в галереї людині. Вода в галерею надходить через отвори в стінах. Для спостереження за роботою і прочищення труб через кожні 70-100 м в трубчастому дренажі і 100-150 м в галереї, а також в місцях зміни профілю і плану дренажів влаштовують оглядові колодязі (рис. 10).

Мал. 9 - Конструкція дренажної галереї: 1 - одерновка; 2 - глинобетон; 3 - водоупорами; 4 - лоток з худого бетону; 5 - крива депресії

Мал. 10 - Конструкція збірного залізобетонного оглядового колодязя: 1 - залізобетонні кільця; 2 - бетон; 3 - підготовка з щебеню; 4 - лаз в колодязь

Штольні представляють собою слабо похилий хід в товщі водоносного грунту з основою, заглибленим у водонепроникний шар. Конструкція і розміри поперечного перерізу ті ж, що і у галерей. Вода фільтрується в штольню через бічні стінки. Через 150-250 м по довжині штольні закладають шахти, необхідні для виконання робіт, огляду і вентиляції штольні.

На станціях збір і відведення грунтових вод здійснюється в залежності від місцевих умов. При односторонньому надходженні ґрунтових вод і неглибокому заляганні водотривкому шару можливий повний каптаж (перехоплення) грунтових вод. При високому стоянні грунтових вод знижують їх рівень пристроєм дренажів траншейного типу. Відведення технічних і господарських вод від гідроколонок, поворотних кіл, канав депо та інших пристроїв здійснюється каналізаційними трубами.