ОДМ 218.2.055-2015. Отраслевой дорожный методический документ. Рекомендации по расчету дренажных систем дорожных конструкций

(издан на основании Распоряжения Росавтодора от 08.10.2015 № 1868-р)

Издан на основании Распоряжения Федерального дорожного агентства от 8 октября 2015 г. № 1868-р

ОТРАСЛЕВОЙ ДОРОЖНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ ДРЕНАЖНЫХ СИСТЕМ ДОРОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ОДМ 218.2.055-2015

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным бюджетным учреждением «Российский дорожный научно-исследовательский институт» (ФГБУ «РОСДОРНИИ»).

Коллектив авторов: д-р техн. наук И.П. Гамеляк, канд. техн. наук А.Е. Мерзликин, канд. техн. наук С.В. Щукин, инж. В.О. Мотуз.

2 ВНЕСЕН Управлением научно-технических исследований и информационного обеспечения Федерального дорожного агентства.

3 ИЗДАН на основании распоряжения Федерального дорожного агентства от 08.10.2015 № 1868-р.

4 ИМЕЕТ РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ ХАРАКТЕР.

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ.

1 Область применения

1.1 Настоящий отраслевой дорожный методический документ (далее — методический документ) устанавливает рекомендации по конструированию и расчету дренажных систем нежестких дорожных одежд автомобильных дорог общего пользования и применяется при проектировании дренажных систем вновь сооружаемых дорожных одежд, участков реконструируемых дорог, разработке альбомов типовых конструкций.

1.2 Данный методический документ предназначен для использования при проектировании водоотводных систем автомобильных дорог и мостовых сооружений, обеспечивающих отвод воды с поверхности и из дренирующих слоев оснований, земляного полотна и дорожных одежд, а также их защиту от поступления подземных вод.

1.3 Настоящий методический документ содержит расчеты дренажной системы, целью которых является обеспечение водоотвода (расчеты на осушение) или размещение в дополнительном слое основания (расчеты на поглощение) воды, поступающей в основание дорожной одежды в расчетный период (весенний период таяния), а также максимальной защиты земляного полотна от переувлажнения поверхностной водой. Расчеты на дренаж дорожной одежды выполняют перед расчетами конструкции на прочность для определения минимальной толщины дополнительного слоя основания.

2 Нормативные ссылки

В настоящем методическом документе использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 9.049-91 Единая система защиты от коррозии и старения. Материалы полимерные и их компоненты. Методы лабораторных испытаний на стойкость к воздействию плесневых грибов

ГОСТ 8267-93 Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 8411-74 Трубы керамические дренажные. Технические условия

ГОСТ 8736-2014 Песок для строительных работ. Технические условия

ГОСТ 9941-81 Трубы бесшовные холодо- и теплодеформированные из коррозионно-стойкой стали. Технические условия

ГОСТ 10146-74 Ткани фильтровальные из стеклянных крученых комплексных нитей. Технические условия

ГОСТ 18599-2001 Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия

ГОСТ 23558-94 Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия

ГОСТ 25192-2012 Бетоны. Классификация и общие технические требования

ГОСТ 31416-2009 Трубы и муфты хризотилцементные. Технические условия

ГОСТ Р 52608-2006 Материалы геотекстильные. Методы определения водопроницаемости

ГОСТ Р 53201-2008 Трубы стеклопластиковые и фитинги. Технические условия

ГОСТ Р 53238-2008 Материалы геотекстильные. Метод определения характеристики пор

ГОСТ Р 55028-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Классификация, термины и определения

ГОСТ Р 55030-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения прочности при растяжении

ГОСТ Р 55031-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к ультрафиолетовому излучению

ГОСТ Р 55032-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к многократному замораживанию и оттаиванию

ГОСТ Р 55033-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения гибкости при отрицательных температурах

ГОСТ Р 55035-2012 Дороги автомобильные общего пользования. Материалы геосинтетические для дорожного строительства. Метод определения устойчивости к агрессивным средам

СП 31.13330.2012 Водоснабжение. Наружные сети и сооружения (актуализированная редакция СНиП 2.04.02-84*)

СП 34.13330.2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 2.05.02-85*)

СП 45.13330.2012 Земляные сооружения, основания и фундаменты (актуализированная редакция СНиП 3.02.01-87)

СП 78.13330.2012 Автомобильные дороги (актуализированная редакция СНиП 3.06.03-85)

3 Термины и определения

В настоящем методическом документе применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 влажность грунта оптимальная: Значение влажности грунта, соответствующее максимальной плотности сухого грунта.

3.2 водоотводная система: Система инженерных сооружений, предназначенная для сбора и отвода поверхностных и грунтовых вод, включающая инженерную подготовку рельефа местности с целью организации поверхностного стока.

3.3 водоприемный колодец: Колодец, устраиваемый в водоотводных системах для приема воды.

3.4 водопропускная способность в плоскости геодрены (qрг — in-plane flow capacity): Объем воды, пропускаемой через единицу ширины геодрены при определенном градиенте напора и давлении.

3.5 водосточная система: Система инженерных сооружений, предназначенная для сбора и отвода поверхностных вод.

3.6 геокомпозит: Геосинтетический материал, состоящий из полимерной (синтетической или натуральной) непрерывной матрицы, выполняющей роль связующего всех компонентов материала, и из армирующего компонента.

3.7 геомат: Проницаемый пространственный геосинтетический материал из полимерных мононитей и (или) других элементов (синтетических или природных), скрепленных механическим, и (или) термическим, и (или) химическим, или другими способами.

3.8 геомембрана: Геосинтетический материал, предназначенный для полной или частичной гидроизоляции.

3.9 геопластмасса: Геосинтетический материал, полученный методом экструзии, вспенивания расплава синтетического полимера или скреплением полимерных полос.

3.10 георешетка (geogrid): Плоский геосинтетический материал, имеющий сквозные ячейки правильной стабильной формы, размеры которых превышают наибольший размер поперечного сечения ребер, образованный путем экструзии, склеивания, термоскрепления или переплетения ребер, противостоящий растяжению (внешним нагрузкам) и выполняющий роль усиления конструкции.

3.11 геосетка (geonet): Геосинтетический материал, имеющий сквозные ячейки лабильной формы, размеры которых превышают наибольший размер поперечного сечения ребер, образованный путем экструзии или переплетения ребер.

3.12 геосинтетический материал (ГМ): Материал из синтетических или природных полимеров, неорганических веществ, контактирующий с грунтом или другими средами, применяемый в дорожном строительстве.

3.13 геотекстиль: Геосинтетический материал, получаемый по текстильной технологии.

3.14 гидроизоляция: Предотвращение или ограничение перемещения жидкости.

3.15 дорожная конструкция: Система, в которую включают дорожную одежду и рабочий слой земляного полотна.

3.16 дрена: Подземный искусственный водоток для сбора и отвода почвенно-грунтовых вод и аэрации почвы.

Примечание - Дрены различают по назначению (осушители, коллекторы), конструкции и материалам: трубчатые (гончарные, деревянные, пластмассовые и др.), полостные (кротовые, щелевые), с заполнителями (гравийные, фашинные).

3.17 дрена закромочная: Дрена, укладываемая вдоль кромки дорожного покрытия, предназначенная для сбора и отвода воды из дренирующего слоя искусственного покрытия.

3.18 дрена экранирующая: Дрена, служащая для перехвата и отвода подземных вод или верховодки со смежных с дорожным покрытием территорий вдоль кромок дорожных покрытий.

3.19 дренаж: Естественное или искусственное удаление воды с поверхности земли и поступающей грунтовой воды к сооружению.

3.20 дренаж горизонтальный: Система трубчатых дрен, канав, лотков.

3.21 дренаж комбинированный: Система, сочетающая горизонтальную дрену с рядом вертикальных дренажных колодцев; применяют его в тех случаях, когда один вертикальный или горизонтальный дренаж не может обеспечить требуемого перехвата подземных вод.

3.22 дренаж комбинированный плоскостной (многослойный композиционный дренирующий материал, дренажный геомат, дренажный геокомпозит, плоская геодрена): Комбинированный геосинтетический материал в определении ГОСТ Р 55028-2012, включающий слой (слои) нетканого геотекстильного материала, выполняющий роль фильтра, и слой, формирующий объемную структуру геосинтетического материала — дренажное ядро (геомат, георешетка, геосетка, геопластмасса) и выполняющий функции дренирования дорожных конструкций.

3.23 дренажная система: Система инженерных сооружений, предназначенная для понижения уровня подземных вод и их отвода.

3.24 дренажная труба: Труба, служащая для точечного сбора ливневых и сточных вод из дренажных каналов и сброса их в систему водоотведения моста.

3.25 дренажное ядро: Структурный геосинтетический материал (геомат, георешетка, геосетка, геопластмасса), выполняющий функцию дренирования дорожных конструкций.

3.26 дренажный канал: Канал с дренирующим материалом, предназначенный для сбора поверхностных атмосферных сточных вод и атмосферных осадков и отвода их в дренажные трубы или за пределы моста.

3.27 дренажный колодец: Специальная конструкция, которая используется для сбора дренажных вод.

3.28 дренирование: Сбор и перенос осадков, грунтовой воды и других жидкостей в плоскости материала.

3.29 дренирующий слой: Элемент конструкции дорожной одежды, выполняющий дренирующие и морозозащитные функции.

3.30 защитно-дренажный слой: Способ осушения верхней части земляного полотна и основания дорожной одежды путем укладки в тело насыпи изолирующих прослоек из дренирующих геокомпозитов или водопаронепроницаемых геосинтетических материалов с целью прерывания перемещения влаги из нижних переувлажненных горизонтов в верхние, что улучшает влажностный режим верхней части земляного полотна в зоне промерзания и уменьшает зимнее вспучивание конструкции.

3.31 капилляропрерывающая прослойка: Прослойка, которая создает преграду для подъема каппилярной воды, располагается в насыпях на всю ширину на глубине 1 м от бровки земляного полотна, устраивается из щебня или гравия размером зерен 5 — 10 мм толщиной слоя 20 — 40 мм; сверху и снизу прослойки устраивают противозаиливающие слои из топочных шлаков, высевок размером частиц от 0,1 до 5 мм, геотекстиля толщиной 3 — 5 мм и других местных материалов, не подвергающихся гниению.

3.32 ливневая канализация: Наружная канализационная сеть, предназначенная для отведения атмосферных сточных вод.

3.33 расчетная водопропускная способность геодрены (qррг): Водопропускная способность геодрены с учетом эксплуатационных факторов, влияющих на нее (обжатие, заиление).

3.34 слабое основание земляного полотна: Основание земляного полотна, в котором в пределах нагруженной зоны имеются слои слабых грунтов с модулем деформации менее 5 МПа общей мощностью не менее 0,5 м.

3.35 устройство водоотводных систем: Комплекс работ по строительству водоотводных систем.

3.36 устройство дренажных систем: Комплекс работ по строительству дренажных систем.

4 Основные положения

4.1 Настоящий методический документ содержит нормы и указания по конструированию и расчету дренажных конструкций дорожных одежд автомобильных дорог общего пользования. Им следует пользоваться:

• при проектировании дренажных конструкций на вновь сооружаемых дорогах и участках реконструируемых дорог;
• разработке каталогов и альбомов типовых решений дорожных одежд на дорогах общего пользования.

4.2 Данный документ регламентирует применение геодрен в дренажных системах при строительстве и реконструкции автомобильных дорог, дополняя положения СП 34.13330.2012, норм [1] с учетом особенностей свойств современных геосинтетических материалов. При его разработке учтены данные международного опыта, в частности положения стандартов [2, 3].

Настоящий методический документ не распространяется на проектирование понижающего и перехватывающего дренажей. При необходимости защиты автомобильной дороги от поступления подземных и напорных вод необходимо руководствоваться СП 31.13330.2012, нормами [4] и другими соответствующими нормативными документами.

4.3 Дренажная система необходима в традиционных конструкциях дорожных одежд со слоями из зернистых материалов на земляном полотне из слабо фильтрующих грунтов (пылеватых песков, непылеватых песков с коэффициентом фильтрации менее 0,5 м/сут, глин) во II и III дорожно-климатических зонах для всех схем увлажнения рабочего слоя, в IV и V зонах — для 3-й схемы (таблица 1) по СП 34.13330.2012.

Таблица 1

Таблица 2

Примечание - В числителе дано возвышение поверхности покрытия над уровнем грунтовых вод, верховодки или длительно стоящих (более 30 сут) поверхностных вод, в знаменателе — то же, над поверхностью земли на участках с необеспеченным поверхностным стоком или над уровнем кратковременно стоящих (менее 30 сут) поверхностных вод.

Специальные мероприятия по осушению необходимы в случаях, когда количество воды, поступающей в основание дорожной одежды в отдельные периоды, больше, чем может разместиться в порах конструктивных слоев дорожной одежды и подстилающего грунта без снижения их способности сопротивляться нагрузкам от движущихся автомобилей. Как правило, специальные мероприятия по осушению следует предусматривать:

• на участках с земляным полотном из слабофильтрующих грунтов во всех случаях, когда можно ожидать в отдельные периоды года их увлажнения до полной влагоемкости (при близком залегании подземных вод, на длительно подтапливаемых участках и т.д.);
• в районах с большим количеством осадков на участках, где возможно скопление в основании проезжей части воды, проникающей с поверхности (участки с затяжными продольными уклонами, при сравнительно легко водопроницаемых покрытиях и грунтах обочин, участки, прилегающие к газонам, и т.д.).

4.4 Схему увлажнения на участках, где в придорожной полосе застаивается вода, устанавливают с учетом расстояния от бровки земляного полотна до уреза застаивающейся осенью воды \ell_{\text{у}} . Величину безопасного расстояния \ell_{\text{у}} можно определить по специальной методике. При отсутствии фактических данных следует принимать \ell_{\text{у}} = 10\text{м} — для супесей, \ell_{\text{у}} = 3\text{м} — для суглинков легких и пылеватых, \ell_{\text{у}} = 2\text{м} — для суглинков тяжелых и глин.

4.5 Дренажная система дорожной одежды включает плоскостной горизонтальный дренаж, дополняемый (если требуется) прикромочным и поперечным дренажами мелкого заложения.

При устройстве всех слоев дорожной одежды из монолитных материалов в качестве плоскостного горизонтального дренажа после технико-экономического обоснования допускается применять (вместо дренирующего слоя) прослойку из геотекстильного материала толщиной не менее 4 мм с коэффициентом фильтрации не ниже 50 м/сут с выпуском полотнищ на откосы насыпи на высоту не менее 0,5 м.

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, приведенным на рисунках 1 - 4. Однако не следует применять материалы, коэффициент фильтрации которых в уплотненном состоянии менее 1 м/сут. При односкатном поперечном профиле удельный приток воды q' = qр·B, м3/(м·сут); при двухскатном q' = 0,5·qр·B, м3/(м·сут), где B — ширина проезжей части, м; qр — приток воды, м3/(м2·сут).

L — длина пути фильтрации, м; i — поперечный уклон низа дренирующего слоя; 1 — i = 0,02; 2 — i = 0,04

Рисунок 1 — Номограмма для расчета толщины дренирующего слоя hнас из песков мелких, средней крупности и крупнозернистых с коэффициентом фильтрации Kф < 10 м/сут

а — L = 12 м; б — L = 7 м; в — L = 5 м; г — L = 3,5 м; 1 — i = 0,02; 2 — i = 0,03; 3 — i = 0,04; 4 — i = 0,05

Рисунок 2 — Номограммы для расчета толщины дренирующего слоя по методу осушения при различном пути фильтрации и Kф = 3 м/сут

n — пористость дренирующего слоя; цифры на кривых соответствуют \frac{i_{1} - i_{2}}{i_{2}} , где i1, i2 — продольные уклоны соответственно выше и ниже перелома профиля

Рисунок 3 — Номограмма для определения коэффициента увеличения объема воды Kвог в дренирующем слое в местах изменения вогнутого профиля

а — мелкий песок; б — песок средней крупности; цифры на кривых соответствуют длине пути фильтрации;

Рисунок 4 — Номограмма для расчета толщины дренирующего слоя в конструкции с прикромочным дренажом

Во II и III дорожно-климатических зонах 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 следующей последовательности.

\cdot Дорогу разделяют на типичные участки по продольному профилю и природным условиям (характеру рельефа местности, наличию водотоков, пересекающих дорогу, и др.) с учетом особенностей конструкции земляного полотна (насыпь высотой по СП 34.13330.2012, 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.

\cdot Для типичных участков определяют количество воды, поступающей в основание за сутки и расчетный период, предусматривая меры по ограничению притока воды в дорожную конструкцию.

\cdot Намечают варианты дренажных конструкций.

\cdot Обосновывают расчетом толщину дренирующего слоя для данных условий или определяют коэффициент фильтрации для дренирующего материала в заданной дренажной конструкции.

При проектировании дренирующего слоя следует, помимо осушения, учитывать необходимость обеспечения сдвигоустойчивости 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 необходимо 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 критериям минимальной толщины дренирующего слоя, стоимости устройства песчаных дополнительных слоев или геотекстильных композитных 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 5).

1 — трубчатый дренаж; 2 — геосинтетик (геотекстиль, геодрена, геотруба); 3 — песчаный дренирующий и технологический (защитный) слой с Kф >= 0,5 м/сут; 4 — дренажные трубы поперечных выпусков d = 50 — 100 мм; 5 — растительный слой на откосе насыпи; 6 — геокомпозитный дренаж или геотекстиль; h — расстояние от низа трубы

Рисунок 5 — Основные варианты конструктивных решений плоскостных (а, б, в, г) дренажей с применением геосинтетических материалов

Основные варианты конструктивных решений плоскостных дренажей дорожной одежды комбинированной системы (с использованием современных геосинтетических материалов в сочетании с трубчатыми дренами) представлены на рисунках 5 а, б, в, дренажа с выводом на откос — на рисунке 5 г.

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 6).

а — сброс воды в одну сторону при односкатном поперечном профиле на виражах; б — то же, в обе стороны при двускатном поперечном профиле проезжей части; 1 — поперечная дренажная прорезь (стрелками показан уклон поверхности)

Рисунок 6 — Схема расположения поперечных дренажных прорезей в плане

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 < 4D15 при отсутствии очень мелких частиц размером 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 выход слоя на откос. Дренирующий слой устраивают также с дренажными трубами для сбора и быстрого отвода воды за пределы земляного полотна. Рекомендуется предусматривать противозаиливаюшую защиту дрен и дренирующих слоев.

Дренажные трубы и дренирующие геокомпозиты необходимо размещать на глубине ниже 0,2 м от глубины промерзания в данном районе строительства по карте изолиний глубины промерзания Zпр(ср) грунтов на территории СНГ (рисунок 4.4 норм [1]). При невозможности обеспечения этого мероприятия следует осуществлять защиту дренажной системы от промерзания путем устройства слоев из теплоизолирующих материалов или геоплит. Расчет теплоизоляции производится в соответствии с разделом 4 норм [1] (расчет на морозоустойчивость дорожных одежд).

4.10 При устройстве дренирующих слоев, работающих по принципу поглощения, требуется устраивать слои из песчаного грунта толщиной 0,3 — 0,5 м и принимать в расчет прочности 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 целесообразно использовать материалы с коэффициентом фильтрации 1 — 2 м/сут.

4.11 В зависимости от условий увлажнения можно выделить три модели дорожных одежд.

Первая модель — дорожная одежда 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, выбоины, выкрашивания и другие дефекты). В этом случае дополнительный слой выполняет функцию дренирования. Для повышения устойчивости дорожных одежд он устраивается из стабильных к увлажнению материалов.

Вторая модель — дорожная одежда с водопроницаемым пористым дополнительным слоем и водонепроницаемыми покрытиями (асфальтобетон, поверхностная обработка, цементобетон). В конструкциях 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 увлажнения). 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 дорожно-климатических зонах для 1-й и 2-й схем увлажнения) нецелесообразно.

Третья модель — дорожная одежда 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 дорожной одежды маловодостойкие, неморозостойкие и малопрочные плотные материалы.

4.12 При проектировании водоотвода и дренажа на автомобильных дорогах учитываются такие типы водного питания грунтов, как намывные, атмосферные, грунтовые, грунтово-напорные и пучинные.

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 происходит 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, перекрытому слоем слабопроницаемого грунта (глины, суглинка). Напор воды создается за счет ее подпора 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-климатических зонах.

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 разными водно-тепловыми свойствами накапливается различное количество влаги, что обусловливает разную прочность грунта земляного полотна.

Для дорог I — II категории в III — V дорожно-климатических 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 водно-теплового режима (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 рабочего слоя (3-я схема), где можно ожидать практически полное насыщение водой грунта верхней части земляного полотна (для супесчаных грунтов примерно 0,70·Wт, для суглинистых и глинистых грунтов — 0,75·Wт, где 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.

\cdot 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.

\cdot Сооружение земляного полотна из крупнообломочных грунтов, отходов промышленного производства, песков, непылеватых супесей и суглинков.

\cdot Устройство гидроизолирующих слоев из полиэтиленовой пленки, тонкого слоя грунта, обработанного битумом, гидроизола и других материалов, устойчивых к агрессивному воздействию грунтовых вод. Такие слои применяются при различных гидрогеологических условиях, например при глубоком залегании грунтовых вод. Для улучшения ВТР в активной зоне целесообразно ниже ее глубины заложить гидроизоляцию. Гидрофобизация грунтов активной зоны — это их укрепление органическими и минеральными вяжущими, высокомолекулярными соединениями и другими материалами, обеспечивающими гидрофобность грунтов. Этот способ перспективен для улучшения ВТР земляного полотна.

\cdot Использование в теле земляного полотна капилляропрерывающих прослоек из щебня, щебеночно-песчаных или гравийно-песчаных смесей. Для обеспечения стабильности зернистого слоя в процессе эксплуатации рекомендуется его обертывание геотекстильным материалом (термоскрепленным дренирующим геотекстилем и т.п.). Регулирование ВТР за счет рационального конструирования дорожной одежды и устройство капилляропрерывающих прослоек особенно эффективно при глубоком залегании грунтовых вод, когда преобладает парообразный источник увлажнения. В таком случае рационально располагать паронепроницаемые слои в дорожной конструкции.

\cdot Устройство теплоизолирующего слоя из пенопласта, пеностирола, газобетона, пенобетона, пеностекла и других теплоизоляционных материалов, с морозостойкостью не ниже требований норм для оснований. Применение морозостойких, а также теплоизолирующих слоев — эффективная мера при регулировании ВТР в районах с глубоким сезонным промерзанием грунтов и их интенсивным вспучиванием при наличии вечномерзлых льдонасыщенных грунтов, оттаивание которых может вызвать большую осадку. Снижение температурных градиентов в активной зоне способствует также уменьшению интенсивности миграции влаги. Эффективность этого мероприятия увеличивается для участков с преобладанием термодиффузии водяного пара в общем балансе миграционного процесса.

\cdot Дренирующие слои в основании дорожной одежды следует предусматривать, если земляное полотно сложено из глинистых грунтов и пылеватых песков в случаях, предусмотренных в подразделе 4.3. Отвод избыточной воды путем устройства дренажного слоя (плоскостной дренаж) — распространенный способ улучшения ВТР, применяется в основном в зоне избыточного увлажнения на участках с 3-й схемой увлажнения рабочего слоя, реже со 2-й и малоэффективен на участках с 1-й схемой.

\cdot В большинстве случаев, особенно на морозоопасных участках, рациональным является устройство верхней части земляного полотна из дренирующего материала без специальных водоотводящих устройств, выполняющего функции морозозащитного слоя.

\cdot При большом количестве подлежащей отводу воды (более 0,005 — 0,007 м3/(м2·сут)), а также в выемках, в местах с нулевыми отметками и на участках невысоких насыпей целесообразно устройство продольных трубчатых дрен у краев проезжей части с поперечными выпусками (расчет на осушение).

\cdot При невозможности отвода поступающей воды в пониженные места следует предусматривать ее направление в колодец и последующую откачку насосами. Плавающий актюатор (поплавок) приводит в действие насосы, чтобы поддерживать в колодце безопасный уровень воды. В исключительных случаях рекомендуется предусматривать длительное размещение воды в корыте из пористых песчаных слоев большой толщины (расчет на поглощение). Для повышения расчетных характеристик грунтов (модуля упругости, угла внутреннего трения, удельного сцепления) для гидрогеологических условий 3-й схемы увлажнения рабочего слоя необходимо приведение их ко 2-й схеме путем осушения, понижения уровня подземных вод и других инженерных мероприятий.

\cdot Выбор того или иного мероприятия по регулированию ВТР должен обосновываться технико-экономическими расчетами.

4.14 Гидроизолирующие прослойки представлены двумя типами. Первый тип — это устраиваемые в один слой гидроизолирующие материалы (гидроизол, полиэтиленовая пленка, колетанш, плоский геокомпозит) и в виде обоймы в грунте.

Второй тип, помимо функции устранения влияния грунтовых вод, выполняет функцию несущего слоя дорожной одежды.

Капилляропрерывающие прослойки также представлены двумя типами:

• устраиваемые из щебеночно-песчаных и гравийно-песчаных смесей с противозаиливающими прослойками из шлаков ТЭЦ, чистых высевок, отходов асбестовой промышленности и т.п.;
• устраиваемые из щебня изверженных пород с противозаиливающими прослойками из тех же материалов, что и в первом типе.

Область применения гидроизолирующих и капилляропрерывающих прослоек определяется из условия обеспечения 1-й и 2-й схем увлажнения рабочего слоя земляного полотна и уточняется на основании технико-экономического сравнения с другими конструктивными вариантами его устройства.

5 Методика расчета плоскостного горизонтального и поперечного дренажей

5.1 Методика расчета плоскостного горизонтального и поперечного дренажей с использованием дополнительных песчаных слоев основания

5.1.1 При расчете дренажной системы определяется требуемая толщина дренирующего слоя из дискретных материалов. В районах сезонного промерзания грунтов учитываются два расчетных этапа работы дренажных конструкций:

• первый — для периода, когда основание дорожной одежды под серединой проезжей части уже оттаяло, дренирующий слой у ее краев находится в мерзлом состоянии, а водоотводящие устройства не работают;
• второй — для времени, когда дренирующий слой полностью оттаял и водоотводящие устройства начали нормально функционировать.

5.1.2 В зависимости от конкретных условий дренажная конструкция может быть рассчитана на один из трех вариантов работы:

• осушение;
• осушение с периодом запаздывания отвода воды;
• поглощение.

5.1.3 Полную толщину дренирующего слоя hП определяют по формуле

hП = hнас + hзап, (1)

где hнас — толщина слоя, полностью насыщенного водой, м;

hзап — дополнительная толщина слоя, зависящая от капиллярных свойств материала; hзап = 0,1 — 0,12 м для песков крупных, hзап = 0,14 — 0,15 м — средней крупности и hзап = 0,18 — 0,2 м — мелких (во всех случаях полную толщину дренирующего слоя следует принимать не менее 0,2 м).

5.1.4 Для дренирующего слоя, работающего по принципу осушения, hнас устанавливают по номограммам (см. рисунки 1, 2 а, б) в зависимости от длины пути фильтрации и расчетной величины притока воды в дренирующий слой за сутки на 1 м2, определяемого по формуле

qр = q·Kпк·Kг·Kр·Kвог/1000, (2)

где q — осредненное (табличное) значение притока воды в дренирующий слой при традиционной конструкции дорожной одежды, отнесенное к 1 м2 проезжей части, м3/(м2·сут) (таблица 3);

Kпк — коэффициент «пик», учитывающий неустановившийся режим поступления воды из-за неравномерного оттаивания и выпадения атмосферных осадков (таблица 4);

Kг — коэффициент гидрологического запаса, учитывающий снижение водопроницаемости дренирующего слоя в процессе эксплуатации дороги (см. таблицу 4);

Kр — коэффициент, учитывающий снижение притока воды при принятии специальных мероприятий по регулированию ВТР (таблица 5);

Kвог — коэффициент, учитывающий накопление воды в местах изменения продольного уклона, определяемый при одинаковом направлении участков профиля у перелома по номограмме (см. рисунок 2 б), а при встречных уклонах — по эмпирической формуле

K_{\text{вог}} = 1 + \frac{K_{\text{ф}} \cdot (T_{\text{зап}} + 1)}{2 \cdot n} \cdot (i_{1} + i_{2}); (3)

Tзап — время запаздывания, сут.

Таблица 3

Примечания

1 В числителе дано общее количество воды Q, м3/м2, поступающей в основание за весь расчетный период, в знаменателе — q, м3/(м2·сут), — за сутки. Для насыпей из непылеватых грунтов высотой более требуемой (см. таблицу 2) по СП 34.13330.2012 во II дорожно-климатической зоне принимают q = 1,5 м3/(м2·сут).

2 При наличии разделительной полосы для участков насыпей, проходящих в нулевых отметках, высотой меньше требуемой по СП 34.13330.2012 во II дорожно-климатической зоне расчетные значения q повышают на 20%.

Таблица 4

Примечания

1 Для непылеватых грунтов Kг = 1,0.

2 В числителе приведено значение Kг для дорог I и II категорий, в знаменателе — III и IV категорий.

Таблица 5

Примечание - Если предусмотрено два или несколько видов мероприятий, то соответствующие данные таблицы следует суммировать.

5.1.5 В основание дорожной одежды поступает вода, которая освобождается при таянии переувлажненного грунта земляного полотна под проезжей частью и обочиной, и вода от атмосферных осадков, проникающая через поверхность дороги из придорожной полосы.

Приток воды в основание традиционной конструкции, которая приходится на 1 м2 проезжей части через сутки и за весь расчетный период весной, определяют по таблице 3.

5.1.6 Для уменьшения притока поверхностной воды в основание проезжей части и грунт земляного полотна необходимо предусматривать одно или несколько таких мероприятий:

• устройство тротуаров или укрепление обочины с приданием им надлежащего поперечного уклона;
• укладку бордюров возле краев проезжей части;
• обеспечение правильных размеров берм и крутизны уклонов на участках, где отсутствуют близко размещенные здания;
• обеспечение правильного размещения боковых канав;
• укладка монолитных слоев основания проезжей части;
• устройство дренирующих прослоек из геосинтетических материалов и геокомпозитов.

При окончательном определении расчетного притока воды в дорожную конструкцию следует учитывать реализацию того или другого мероприятия, которое приводит к его понижению в дренирующий слой (см. таблицу 5).

5.1.7 Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения, определяется по формуле

h_{\text{П}} = (Q/(1000 \cdot n) + 0,3 \cdot h_{\text{зап}})/(1 - \varphi_{\text{зим}}), (4)

где \varphi_{\text{зим}} — коэффициент заполнения пор влагой в материале дренирующего слоя к началу оттаивания (таблица 6).

Таблица 6

Примечания

1 Промежуточные значения \varphi_{\text{зим}} следует определять по интерполяции в зависимости от пористости песка и толщины дренирующего слоя.

2 В III дорожно-климатической зоне величину \varphi_{\text{зим}} необходимо уменьшить на 20%.

5.1.8 Дренирующий слой в конструкции с прикромочным дренажом, усиливающим процесс движения воды в песке мелком и средней крупности, рассчитывают с помощью номограмм, приведенных на рисунке 4.

По номограммам рисунков 1, 2 г, 4 можно также находить требуемые значения коэффициента фильтрации дренирующего слоя при известных других параметрах дренажной конструкции.

5.1.9 Полную толщину дренирующего слоя, работающего по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды, достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды, определяют по формуле

h_{\text{п}} = (q_{\text{р}} \cdot T_{\text{зап}}/n + 0,3 \cdot h_{\text{зап}})/(1 - \varphi_{\text{зим}}), (5)

где Tзап — средняя продолжительность запаздывания начала работы водоотводящих устройств, сут, для II дорожно-климатической зоны Tзап = 4 — 6 сут, для III дорожно-климатической зоны Tзап = 3 — 4 сут (большее значение — для мелких песков).

Вычисление \varphi_{\text{зим}} в зависимости от пористости n и толщины слоя hнас можно производить по аппроксимирующей формуле

\varphi_{\text{зим}} = (1,55 - 0,816 \cdot h_{\text{нас}}) - (2,5 - 0,501 \cdot h_{\text{нас}}) \cdot n. (6)

Расчет производится методом последовательного приближения. Задаваясь толщиной дренирующего слоя по таблице 6 или аппроксимирующей зависимости (5), находится \varphi_{\text{зим}} , а затем вычисляется полная толщина дренирующего слоя hп.

В общем случае задача сводится к решению иррационального уравнения следующего вида

hп — (Q/(1000·n) + 0,3·hзап)/(1 — (1,55 — 0,816·hнас) -

• (2,5 — 0,501·hнас)·n = 0. (7)

5.1.10 На участках, имеющих длину пути фильтрации больше 10 м, дренирующий слой должен быть рассчитан на поглощение количества воды, поступающей за расчетный период.

За длину пути фильтрации принимается половина ширины дренирующего слоя при двухскатном поперечном профиле и полная ширина — при односкатном.

5.1.11 Если общая толщина дренирующего слоя больше 0,5 м, ее можно уменьшить следующим образом:

• увеличить поперечный уклон низа дренирующего слоя;
• заменить материал дренирующего слоя на песок с большим коэффициентом фильтрации;
• заменить грунт в верхней части земляного полотна на другой, с меньшим притоком воды в расчетный период;
• уменьшить приток воды с помощью мер, приведенных в подразделе 4.13;
• снизить степень увлажнения местности путем понижения уровня грунтовой воды;
• выполнить поперечные прорези мелкого заложения при больших продольных уклонах для понижения Kвог (см. рисунок 3), а значит и qр;
• уложить вдоль краев проезжей части продольные трубчатые дрены при удельном притоке воды qр > 0,005 м3/(м2·сут).

5.1.12 В приложении А приведены расчеты толщины дренирующего слоя для разных условий.

5.2 Методика расчета плоскостного горизонтального и поперечного дренажей с использованием нетканых иглопробивных геотекстилей

5.2.1 Расчет дренажных сооружений с использованием ГМ выполняют по единой, изложенной в подразделе 5.1 методике. Конечная цель расчета — определение толщины дренирующего слоя дорожной одежды с учетом работы выбранных дренажных сооружений. При расчетах горизонтального плоскостного и поперечного дренажей за величину пути фильтрации принимают расстояние между жгутами или поперечными дренами. Величину уклона укладки геотекстиля (см. рисунки 5, 6) определяют равной продольному уклону земляного полотна.

При расчетах прикромочного дренажа за величину пути фильтрации принимают расстояние от оси дороги до дренажа, а за величину уклона — поперечный уклон поверхности земляного полотна.

5.2.2 Расчет производят в следующей последовательности:

• вводятся исходные данные для расчета значения длины пути фильтрации L, поперечного уклона верха земляного полотна iзп, коэффициентов фильтрации геотекстильного материала Kg, песка или другого дренирующего материала Kф;
• определяют в соответствии с требованиями пункта 5.1.4 расчетную величину притока воды qр, принимая значение Kг = 1, поскольку нетканый геосинтетический материал выполняет функцию фильтра;
• дальнейший расчет осуществляют при определенном пониженном значении притока воды в соответствии с методикой, изложенной в подразделе 5.1.

5.3 Методика расчета плоскостного дренажа с использованием дренирующих геокомпозитов

5.3.1 Общие положения

Эффективным способом осушения верхней части земляного полотна и основания дорожной одежды является укладка в тело насыпи изолирующих прослоек из дренирующих геокомпозитов или водопаронепроницаемых геосинтетических материалов. Введение в земляное полотно на той или иной глубине различного рода прослоек прерывает перемещение влаги из нижних переувлажненных горизонтов в верхние, что улучшает влажностный режим верхней части земляного полотна в зоне промерзания и уменьшает зимнее вспучивание конструкции.

5.3.2 Условия применения

Защитно-дренажный слой должен выполнять функцию дренажа и защиты на протяжении всего срока эксплуатации автомобильной дороги.

Дренажный геокомпозит применяется при невысоких значениях коэффициента фильтрации песка нижней части дорожной одежды и (или) основания (менее 0,5 — 1,0 м/сут). Защитно-дренирующий слой (прослойка) из геокомпозитного материала на контакте между дополнительным слоем основания из песка и грунтом земляного полотна должен устраиваться по всей ширине земляного полотна с разработкой системы открытого или закрытого отвода воды.

Дренажная способность геосинтетического материала рассчитывается согласно ГОСТ Р 52608-2006.

5.3.3 Определение условий расчета дополнительного слоя в конструкции автомобильной дороги с дренажным геокомпозитом

Целью расчета дренажной конструкции с дренажным геокомпозитом является определение эффективности его применения для отвода расчетного количества воды, поступающей к слою, и минимальной толщины дренажного слоя (дренажный геокомпозит (ДГК) + песок) в дорожной конструкции.

При проектировании дорожных одежд в районах сезонного промерзания грунтов рассматривается три расчетных этапа работы дренажной конструкции (см. пункт 5.1.2).

5.3.4 Расчет защитно-дренажного слоя с дренажным геокомпозитом

Полная толщина защитно-дренирующей прослойки определяется по формуле

hп = hГМ + hзап, (8)

где hГМ — толщина слоя геокомпозитного материала под действием расчетной нагрузки, см.

В случае когда не требуется увеличивать толщину песчаного слоя hзап, на дренажный мат и крупнообломочный грунт укладывается нетканый иглопробивной материал плотностью более 400 г/м2.

5.3.4.1 Определение притока дренажной воды к дренирующему слою

Величина притока воды к дренирующему слою qр определяется по формуле (2).

5.3.4.2 Определение вертикальных нормальных напряжений от расчетной транспортной нагрузки на уровне земляного полотна

Нормальное напряжение \sigma_{\text{п}} , кН/м2, от расчетной транспортной нагрузки на уровне земляного полотна определяется согласно рисунку 7, [5] или по формуле

\sigma_{\text{п}} = \frac{h \cdot \gamma + P}{\pi \cdot r^{2}} , (9)

где h — общая толщина дорожной конструкции до расчетной точки, м;

\gamma — средневзвешенный удельный вес конструкции, расположенной выше расчетной точки, кН/м3;

P — удельное давление, кН/м2;

r — расчетный радиус отпечатка колеса автомобиля в точке укладки дренажного мата, м

r = \pi \cdot (R + tg\theta \cdot h);

R — расчетный радиус отпечатка колеса на контакте с покрытием, м (рекомендуется принимать не более 0,3 м);

\theta — угол распределения нагрузки в конструкции дорожной одежды (рекомендуется принимать не более 28°).

Рисунок 7 — Номограмма к определению вертикальных нормальных напряжений \sigma_{\text{п}} на уровне земляного полотна

Более точно нормальное напряжение от расчетной транспортной нагрузки на уровне земляного полотна допускается рассчитывать с использованием программного обеспечения, реализующего точное решение теории упругости, или по методу конечных элементов.

5.3.4.3 Выбор марки дренажного геокомпозита

Дренажный материал (слой) должен выполнять свои функции на протяжении всего срока службы сооружения. Марка объемного рулонного геокомпозитного дренажного материала выбирается из условия, чтобы табличное значение (таблица 7) дренажного мата было не меньше значения предельной длительной дренажной способности слоя.

Таблица 7

Предел длительной дренажной способности материала достигается за счет увеличения расчетного значения qр с помощью коэффициентов надежности материала согласно формуле

qДГК = qр·(RFin·RFcc·RFbc·RFcr), (10)

где qДГК — расчетная длительная дренажная способность дренажного геокомпозита (условия выбора марки дренажного геокомпозита в зависимости от давления на мат и гидравлического градиента напора (поперечного уклона земляного полотна)), м3/(м2·сут);

RFin — коэффициент надежности по жесткости материала или снижения водопроводимости за счет деформации нетканого материала в объеме дренажного ядра, RFin = 1,3 — 1,5;

RFcc — коэффициент надежности по химической устойчивости и (или) образованию участков стабилизации процесса полного заиливания дренажного ядра и нетканого фильтра, RFcc = 1,0 — 1,2;

RFbc — коэффициент надежности по биологической устойчивости дренажного ядра, RFbc = 1,0 — 1,2;

RFcr — коэффициент надежности по ползучести материала под действием постоянной нагрузки, RFcr = 1,2 — 1,4.

Меньшие значения коэффициентов запаса принимаются для материалов по результатам проверки в лабораторных условиях и (или) мониторинга участков опытного строительства.

5.4 Определение полной толщины дренажного слоя

Полная толщина дренажного слоя определяется как максимальное из трех значений, полученных путем расчета толщин по условиям работы дренажа на осушение, осушение с периодом запаздывания отвода воды и поглощения.

5.4.1 Полная толщина защитно-дренирующей прослойки, работающей на осушение

Расчет дренажного слоя (ДГК + песок), работающего на осушение, определяется условием

qр < qДГК, (11)

где qДГК — пропускная способность дренажного слоя (ДГК + песок) при действующем вертикальном давлении, л/(с·м).

Если условие выполняется, то толщина дренажного слоя определяется по формуле

hп = hДГК + hзап, (12)

где hДГК — толщина дренажного геокомпозита, м.

Если условие не выполняется, следует увеличить толщину и (или) коэффициент фильтрации грунтового дренажного слоя.

5.4.2 Полная толщина дренирующего слоя, работающего на осушение с периодом запаздывания отвода воды

Полную толщину дренирующего слоя (ДГК + песок), работающего по принципу осушения с периодом запаздывания отвода воды, достаточную для временного размещения в его порах поступающей в конструкцию в начальный период ее оттаивания воды, определяют из условия

\frac{(h_{\text{ДГК}} \cdot K_{\text{объем}} \cdot S)}{S\prime} \geq q_{\text{р}} \cdot T_{\text{зап}}, (13)

где Kобъем — коэффициент, учитывающий изменения объема дренажного ядра в зависимости от нормального давления

Kобъем = (RFin·RFcc·RFbc·RFcr);

S — площадь рассматриваемого дренажного мата, м2;

S' — площадь участка притока воды, м2.

Если данное условие выполняется, то расчет полной толщины дренирующего слоя из условия осушения с периодом запаздывания отвода воды определяют по формуле

h_{\text{п}} = h_{\text{ДГК}} + \frac{0,3 \cdot h_{\text{зап}}}{(1 - \varphi_{\text{зим}})} . (14)

Если условие (13) не выполняется, то расчет полной толщины дренирующего слоя определяют с учетом водоемкости ядра дренажного мата и песчаного слоя по формуле

h_{\text{П}} = h_{\text{ДГК}} = ((q_{\text{р}} \cdot T_{\text{зап}} - (h_{\text{ДГК}} \cdot K_{\text{объем}} \cdot S)/S\prime)/n + 0,3 \cdot h_{\text{зап}})(1 - \varphi). (15)

5.4.3 Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения

Полная толщина дренирующего слоя, работающего по принципу поглощения, определяется по формуле

h_{\text{п}} = h_{\text{ДГК}} + ((Q_{\text{р}}/(1000 \cdot n) - (h_{\text{ДГК}} \cdot K_{\text{объем}} \cdot S)/S\prime)/n + 0,3 \cdot h_{\text{зап}})/(1 - \varphi_{\text{зим}}). (16)

5.4.4 Поправки влажности грунта рабочего слоя земляного полотна в зависимости от конструктивной особенности дренажных конструкций

При определении расчетных характеристик грунта рабочего слоя земляного полотна при расчете дорожной одежды на прочность следует применять поправку на конструктивные особенности используемых дренажных конструкций \Delta_{2}\overline{W} по таблице 8.

Таблица 8

6 Материалы для устройства дренажных слоев

6.1 При проектировании закромочных водоотводных дрен и осушителей дренажных систем, предназначенных для перехвата и отвода подземной и поверхностной воды на участках с необеспеченным стоком, а также для сбора и отвода воды из пористых оснований искусственных покрытий, следует:

• диаметр дрен и осушителей принимать не более 150 мм;
• длину дрен и осушителей принимать от 50 до 125 м;
• предусматривать фильтрующую обмотку зазоров между трубами или отверстий в трубах минеральной ватой, геотекстилем, мхом и другими материалами;
• фильтрующую обсыпку вокруг дрен и осушителей осуществлять по принципу обратного фильтра;
• минимальное заглубление труб устанавливать расчетом на прочность, а глубинных дрен, предназначенных для понижения уровня подземных вод, — гидрологическим расчетом из условия снижения этого уровня до величин, указанных в таблице 2 СП 34.13330.2012.

Для устройства дренажных слоев, которые работают по принципу осушения, следует использовать материал с коэффициентом фильтрации не менее 2 м/сут.

Для устройства дренажного слоя толщиной до 30 см на всю длину земляного полотна рекомендуется применять материалы с коэффициентом фильтрации 10 м/сут и больше и коэффициентом неоднородности K50/10 <= 5, которые имеют незначительное капиллярное поднятие.

Для устройства дренажного слоя только на ширину проезжей части до закромочных дрен могут быть использованы материалы с коэффициентом фильтрации 10 — 20 м/сут. Большее значение коэффициента фильтрации соответственно увеличивает длину пути фильтрации, которая определяется количеством полос движения и типом поперечного профиля (одно- или двускатным).

При устройстве дренажного слоя, который работает по принципу осушения, в районах с количеством осадков более 700 мм в год необходимо принимать специальные меры для предупреждения разрушения усовершенствованного покрытия в результате гидравлического удара на участках дорог с интенсивностью движения свыше 200 авт./сут. На таких участках вода, которая поступает с поверхности покрытия в основание, должна быть отведена за границы проезжей части в течение 1 — 2 ч. Для этого дренажный слой необходимо сооружать из прочных зернистых материалов со сравнительно узким диапазоном размеров фракций, например 5 — 20, 10 — 20 и 20 — 30 мм. Такие высокопористые слои следует устраивать вместо слабофильтрующих слоев основания.

6.2 Во время устройства дренажных слоев, которые работают по принципу поглощения, коэффициент фильтрации должен быть не менее 1 м/сут. При этом под дорожной одеждой не должен появляться слой воды, а вода атмосферных осадков, которая поступает через покрытие проезжей части в дренажный слой, должна полностью поглощаться порами этого слоя.

При разработке вариантов дренажных слоев, которые работают по принципу осушения и поглощения, необходимо учитывать преимущества и недостатки каждой из этих конструкций.

6.3 Дренажные слои, которые работают по принципу осушения, следует устраивать из кондиционных песчаных грунтов и заключать этот слой под дорожную одежду на всю ширину с дренажными трубами для сбора и быстрого отвода воды за границы земляного полотна. При этом необходимо обеспечивать выход дренажного слоя на обочину или сбрасывание воды в сливную канализацию. Кроме того, следует устраивать защиту против заиливания дренажей и дренажных слоев, а также защиту выпусков труб от замерзания в них воды.

6.4 Для устройства дренажного слоя, работающего по принципу осушения, необходимо использовать песчаные грунты, которые отвечают данным, приведенным в таблице 9.

Таблица 9

Примечание - В числителе приведены данные для конструкций с отводом воды трубчатыми дренами, в знаменателе — через фильтрующий слой под обочинами.

Коэффициент неоднородности песчаного грунта определяется по формуле

K_{60/10} = \frac{D_{60}}{D_{10}} , (17)

где D60 и D10 — диаметр частиц, мм, меньше которых в песке находится соответственно 60% и 10% по массе.

6.5 Для песчаных грунтов, которые не удовлетворяют требованиям таблицы 9, а также при количестве полос движения больше четырех, коэффициент фильтрации песчаного грунта определяется на приборе СОЮЗДОРНИИ при максимальной плотности, установленной методом стандартного уплотнения.

6.6 При предварительной оценке пригодности песчаного грунта для устройства дренирующего слоя коэффициент фильтрации Kф определяют по степени неоднородности (см. таблицу 9) по формуле

Kф = Kфэ·K0,1, (18)

где K0,1 — коэффициент, который зависит от содержания частиц размером меньше 0,1 мм в песчаном грунте, % по массе (определяется по рисунку 8).

Рисунок 8 — Изменение коэффициента фильтрации в зависимости от содержания частиц размером меньше 0,1 мм

6.7 Для устройства продольных и поперечных дрен применяют керамические, асбестоцементные (перфорированные или с пропилами) или пластмассовые трубы, а также трубофильтры диаметром 50 — 100 мм. Трубофильтры керамзитобетонные дренажные используются при неагрессивной к бетону грунтовой воде.

Трубы для устройства дрен должны отвечать следующим требованиям:

• иметь достаточную водопропускную способность для отвода всей воды, которая поступает в них;
• не должны внедряться частички материала дренирующего слоя через водоприемные отверстия в дрены;
• выдерживать давление от собственного веса слоев, которые лежат выше уровня земляного полотна, а также от временных нагрузок;
• быть морозостойкими;
• сохранять перечисленные свойства на протяжении продолжительного времени;
• диаметр дренажных труб должен быть не менее 60 мм при глубине промерзания до 0,8 м и не менее 80 мм при более глубоком промерзании.

6.8 Перспективным мероприятием является использование пластмассовых труб. Полиэтиленовые гибкие трубы, которые выпускает промышленность, имеют значительную длину (8 — 200 м) и малый вес, благодаря чему уменьшается количество стыков. Трубы стойки к действию агрессивной воды. Их укладку нетрудно механизировать. С целью обеспечения требуемой жесткости необходимо применять гофрированные полиэтиленовые трубы марки ПВА диаметром 80 мм. Как правило, полиэтиленовые трубы выпускаются с разной перфорацией в виде круглых отверстий или узких прорезей. Для дренажей подходят трубы с отверстиями диаметром не больше 5 мм, длина прорезей не должна быть больше 25 мм.

6.9 Вокруг дренажных труб с перфорацией или прорезями следует предусмотреть фильтрующую обсыпку или оборачивание их геотекстилем. Зернистый материал, применяемый для обсыпки, должен удовлетворять следующим требованиям:

• водопроницаемость его должна быть больше, чем водопроницаемость материала дренирующего слоя;
• обсыпка должна препятствовать проникновению частиц грунта и песка в дрену, но не забивать фильтр;
• частички фильтра не должны внедряться в водоприемные отверстия дрен;
• каменный материал обсыпки должен быть морозостойким.

Коэффициенты однородности K0 и междуслойности m материала для фильтрующей обсыпки должны быть равны

K0 = D60/D10 = 5 — 10, m = D50/D10 = 10 — 20, (19)

где D50 — диаметр частиц обсыпки, мм, меньше которых имеется 50% по массе;

D10 — диаметр частиц материала дренирующего слоя, мм.

При укладке трубофильтровых дрен устраивать фильтровые обсыпки не требуется.

6.10 При устройстве сопутствующего дренажа мелкого заложения (с углубленными ровиками) размеры углубленных ровиков определяют в зависимости от принятого диаметра дренажных труб, который находят исходя из расчетного притока воды с учетом их заполнения на 70%, уклона заложения и типа.

Ориентировочно диаметр дренажных труб можно определить по таблице 10.

Таблица 10

В качестве материала-заполнителя углубленных ровиков используют пески с коэффициентом фильтрации Kф >= 6 м/сут, щебеночно- или гравийно-песчаные смеси, гравий и щебень из изверженных пород. С целью уменьшения заиливания и улучшения дренирующего эффекта рекомендуется применять нетканые синтетические материалы. В местах, где присутствуют просадочные грунты, в углубленных ровиках следует устраивать бетонную или щебеночную подготовку.

6.11 Для обсыпки дренажных труб (см. подраздел 6.9) следует применять щебень размером зерен 5 — 20 мм по ГОСТ 8267-93.

6.12 Для обертывания стыков звеньев дренажных труб (см. подраздел 6.9) допускается использование стеклоткани по ГОСТ 10146-74.

6.13 При устройстве подстилающего слоя под дренажные трубы следует применять песок по ГОСТ 8736-2014 с коэффициентом фильтрации не менее 7 м/сут.

6.14 Основание или дно траншеи дренажей совершенного типа необходимо укреплять щебнем по ГОСТ 8267-93.

6.15 Для строительных работ рекомендуется использовать щебень по ГОСТ 8267-93 и щебеночно- или гравийно-песчаные смеси по ГОСТ 23558-94 и песок по ГОСТ 8736-2014.

Материалы для укрепления грунтов должны соответствовать требованиям СП 45.13330.2012.

6.16 В составе дренажных систем следует применять следующие дренажные трубы:

• из пористого беспесчаного бетона (ГОСТ 25192-2012);
• хризотилцементные (ГОСТ 31416-2009);
• пластмассовые (ГОСТ 18599-2001);
• гончарные (ГОСТ 8411-74);
• стеклопластиковые (ГОСТ Р 53201-2008, рекомендации [6]).

Внутренний диаметр труб — от 50 до 300 мм.

6.17 Муфты и компенсаторы дренажных и водоотводных труб должны выполняться преимущественно из термопластов, реактопластов в соответствии с ГОСТ Р 53201-2008, рекомендациями [6], а при технико-экономическом обосновании — из нержавеющей стали по ГОСТ 9941-81 или с антикоррозионным покрытием.

6.18 Требования к геосинтетическим материалам для дренажных систем следующие.

\cdot Параметры, характеризующие стойкость геосинтетических материалов в дренажных конструкциях, должны соответствовать следующим требованиям:

• химическая стойкость — не менее 90% (ГОСТ Р 55035-2012);
• стойкость к ультрафиолетовому излучению — не менее 80% (ГОСТ Р 55031-2012);
• морозостойкость (30 циклов) — не менее 80% (ГОСТ Р 55032-2012);
• биостойкость — не выше ПГ113 (ГОСТ 9.049-91);
• гибкость при отрицательных температурах — без повреждений (ГОСТ Р 55033-2012);
• характеристика пор фильтра — О90 = 60 — 180 мК (ГОСТ Р 53238-2008);
• индекс повреждения при циклической нагрузке — не менее 90%.

\cdot Сооружение земляного полотна с применением геосинтетических материалов должно осуществляться согласно подразделу 7.11 СП 78.13330.2012 и рекомендациям [5]. Устройство дренирующих, фильтрующих прослоек из геосинтетического материала, который выбирается с характеристиками, обеспечивающими стойкость к климатическим факторам, необходимо выполнять на выровненном, спрофилированном и уплотненном основании (см. подраздел 7.11 СП 78.13330.2012, разделы 6 - 8 данного методического документа).

\cdot Условия транспортирования, разгрузки и хранения геосинтетических материалов приведены в нормативных документах на соответствующую продукцию.

6.19 Свойства, по которым оценивают пригодность геосинтетических материалов для заданного функционального применения, приведены в таблице 11, а их физико-технические характеристики — в приложении Б.

Таблица 11

Примечание - Испытание на статическое продавливание плунжером не используют для геосинтетиков с открытой структурой, таких как георешетки, геосетки.

6.20 Область применения геосинтетических материалов для фильтрующих прослоек приведена ниже.

Геосинтетические фильтрующие прослойки используют для предотвращения попадания мелких грунтовых частичек, захваченных водой, в зернистые дренирующие слои или перфорированные трубы или для предотвращения суффозии в конструкциях противоэрозионной защиты.

Применение геотекстильных фильтров является эффективным в дренажах, между крупно- и мелкозернистыми слоями дорожной одежды, между грунтом обратной засыпки и габионами, в системах контроля эрозии грунтов.

Наиболее эффективными геосинтетиками для фильтрации являются нетканые термически скрепленные и изготовленные по механической (иглопробивные) и комбинированной технологиям. Выбор геосинтетика зависит от условий применения и обуславливается толщиной геосинтетического материала, ориентацией волокон, поверхностной и относительной плотностью. Схемы заложения геотекстильных фильтров в дорожной конструкции приведены на рисунке 9.

а — фильтр в дренаже под обочиной; б — фильтр во «французском дренаже»; в — фильтр вокруг перфорированной трубы; 1 — покрытие; 2 — основание из крупнопористого материала; 3 — обочина; 4 — геотекстиль; 5 — перфорированная труба в дренирующей обсыпке; 6 — щебень; 7 — грунт

Рисунок 9 — Схемы заложения геотекстильных фильтров

6.21 При расчете геотекстильного фильтра в дорожной конструкции применяют пять критериев:

\cdot критерий удержания грунта — пористость фильтра должна быть достаточно малой, чтобы задерживать грунтовые частички согласно подразделу 6.22;

\cdot критерий водопроницаемости фильтра — геотекстиль должен быть достаточно водопроницаемым, чтобы обеспечить максимально свободное протекание воды согласно подразделу 6.23;

\cdot критерий незабивания фильтра — геотекстиль должен оставаться высокопористым в течение срока службы с низкой вероятностью забивания согласно подразделу 6.24;

\cdot критерий прочности — геотекстиль должен быть достаточно прочным, чтобы противостоять повреждениям во время укладки в конструкцию, под строительной и эксплуатационной нагрузками, согласно подразделу 6.25;

\cdot критерий стойкости — геотекстиль должен быть стойким к факторам химического, биологического и ультрафиолетового влияния в течение запроектированного срока службы согласно подразделу 6.26.

6.22 Расчеты по критерию удержания грунта. Для некритических условий (спокойный поток с невысоким гидравлическим градиентом) размер отверстий геотекстильного фильтра определяют по формуле

О90 < 2·D85, (20)

где О90 — необходимый размер отверстий геотекстильного фильтра, мм, согласно ГОСТ Р 53238-2008;

D85 — размер фракции, мм, меньше которой в грунте содержится 85% частиц по массе сухого грунта (если гранулометрический состав грунта прерывистый, то параметр D85 определяют по мелкозернистой части гранулометрической кривой).

Для критических условий (суффозия, напорный режим) необходимо применять критерии выбора параметра О90 для разных грунтов и условий потока (таблица 12).

Таблица 12

Примечания

1 Стационарный поток имеет место в обычных осушительных, перехватывающих и сточных дренах.

2 Динамический поток возникает в дорожной конструкции при динамической или циклической нагрузке, вследствие чего создается высокий локальный гидравлический градиент.

6.23 Расчеты по критерию водопроницаемости геотекстиля. Минимально допустимую водопроницаемость геотекстиля устанавливают по формуле

KГТ >= 10·Kф, (21)

где KГТ — минимально допустимая водопроницаемость геотекстиля, м/сут, в соответствии с ГОСТ Р 53238-2008;

Kф — коэффициент фильтрации грунта, который защищают геотекстильным фильтром.

Номинальную водопроницаемость геотекстиля определяют по условию

KГТ.ном >= KГТ·KЗ·KП·KПр·KХ·KБ, (22)

где KГТ.ном — номинальная водопроницаемость геотекстиля, м/сут;

KЗ, KП — коэффициенты уменьшения водопроницаемости соответственно вследствие загрязнения и забивания фильтра частичками грунта и ползучести;

KПр — коэффициент влияния окружающих зернистых материалов из-за их проникновения в структуру геотекстиля;

KХ, KБ — коэффициенты влияния соответственно химического и биологического забивания фильтра.

Значения коэффициентов влияния приведены в таблице 13.

Таблица 13

Примечания

1 Характеристики гравитационного и напорного дренажей выбирают на основании опыта.

2 <*> Если глыбы или бетонные блоки укладывают непосредственно на полотно геотекстиля, то в расчеты принимают первое значение предложенного диапазона.

3 <**> Значения принимают большими для высокоосновных грунтовых вод.

4 <***> Значения принимают большими для заиленных геотекстилей и (или) при содержании микроорганизмов свыше 5000 мг/л.

Для грунтов с коэффициентом фильтрации меньше чем 10-7 м/с выбор геотекстильного фильтра выполняют по результатам лабораторных испытаний на продолжительную фильтрующую способность согласно ГОСТ Р 53238-2008.

6.24 Критерий незабивания фильтра. Для минимизации риска забивания фильтра преимущество отдают геотекстилю с максимальным значением параметра О90, который удовлетворяет критерию удержания.

6.25 Критерий прочности. Если во время укладки в конструкцию возможно продолжительное (свыше одного дня) ультрафиолетовое облучение геотекстильного полотна, то преимущество отдают УФ-стабилизированным геотекстилям.

Если есть вероятность вредного химического или биологического влияния на геотекстиль (например, при близком размещении автомобильной дороги к полигонам погребения отходов и т.п.), то необходимо проводить лабораторные испытания стойкости выбранного геотекстиля к фактическим условиям окружающей среды конструкции.

6.26 Критерий стойкости. Сложности при применении фильтрующих геотекстильных прослоек могут возникать в случае использования:

• одномерных мелкозернистых несвязных грунтов, например лессов, каменных высевок и мелкозернистых отсевов;
• несвязных грунтов прерывистого гранулометрического состава в условиях высокого гидравлического градиента;
• дисперсионных (несвязных) глин, которые со временем превращаются в агрегаты;
• высокоосновных грунтовых вод, которые могут приводить к осаждению и накоплению кальциевых, натриевых или магниевых осадков на геотекстиле;
• твердых суспензионных частичек в мутных речных водах или в результате землечерпания, которые могут скапливаться на поверхности или в середине фильтрующей прослойки;
• твердых суспензионных частичек вместе с высоким содержанием микроорганизмов (сточных вод в местах погребения бытовых и сельскохозяйственных отходов), которые могут объединяться и скапливаться на поверхности или в середине фильтрующей прослойки.

7 Конструкции дренажных сооружений

7.1 Для предотвращения воздействия грунтовых вод на земляное полотно и дорожную одежду предусматривают достаточное возвышение поверхности покрытия над их уровнем, устраивая в теле земляного полотна прослойки для прерывания перемещения капиллярной, пленочной и парообразной влаги, а также дренажи для понижения уровня этих вод. Дорожную одежду и верхнюю часть земляного полотна осушают с помощью дренажной конструкции, представляющей собой устроенный в основании проезжей части дренирующий слой с обеспеченным отводом из него воды.

При проектировании водоотводящих устройств руководствуются следующими положениями.

При большом количестве подлежащей отводу воды (более 0,005 — 0,007 м3/(м2·сут)), а также на участках невысоких насыпей рекомендуется устройство продольных трубчатых дрен у краев проезжей части с поперечными выпусками (рисунок 10 а).

1 — покрытие; 2 — основание; 3 — укрепленная полоса; 4 — дренирующий слой; 5 — продольная трубчатая дрена d = 50 — 100 мм или трубофильтр; 6 — поперечный выпуск; 7 — бетонный оголовок; 8 — каменное основание; 9 — укрепление водоотвода в месте сброса воды из дрены; 10 — фильтрующая обсыпка стыков труб (или сплошная обсыпка)

Рисунок 10 — Дренажная конструкция, в которой вода из дренирующего слоя отводится поперечными трубами-выпусками за пределы откоса насыпи (а), продольными трубчатыми дренами, уложенными по краям проезжей части (б), и вдоль бровки земляного полотна (в)

При устройстве дренирующего слоя из песков мелкой и средней крупности на участках выемок и в местах с нулевыми отметками его водопропускная способность может быть значительно повышена за счет усиления движения воды в капиллярной зоне.

Примеры наиболее распространенных дренажных конструкций, хорошо зарекомендовавших себя в эксплуатации на участках дорог, которые проходят в выемках, в местах с нулевыми отметками, а также реконструируются, приведены на рисунках (10 б, в; 11 - 16).

При удельном объеме притока воды через сутки q = 0,005 — 0,007 м3/(м2·сут) и больше на 1 м2 проезжей части, а также на участках с нулевыми отметками и в выемках целесообразно устраивать продольные трубчатые дрены по краям.

При наличии постоянного притока воды с одной стороны от направления проезжей части автомобильной дороги необходимо устройство пластового дренажа с использованием геокомпозитных дренирующих прослоек.

При проектировании участка дороги, проходящего в выемке или в нулевых отметках, могут быть рассмотрены конструкции, в которых вода:

• отводится из дренирующего слоя продольными трубчатыми дренами, уложенными по краям проезжей части (см. рисунок 10 а, б), или вдоль бровки земляного полотна (см. рисунок 10 в) с выпуском воды за пределы выемки;
• сбрасывается из продольных дрен, уложенных по краям проезжей части поперечными трубами-выпусками в водоприемные (смотровые) колодцы подкюветного дренажа (рисунок 11 а) или водостока (рисунок 11 б).

1 — покрытие; 2 — основание; 3 — укрепленная полоса; 4 — дренирующий слой; 5 — продольная трубчатая дрена d = 50 — 100 мм или трубофильтр; 6 — поперечный выпуск; 7 — подкюветный дренаж; 8 — водосток

Рисунок 11 — Дренажная конструкция, в которой вода сбрасывается из продольных дрен, уложенных по краям проезжей части, поперечными трубами-выпусками в водоприемные (смотровые) колодцы подкюветного дренажа (а) и водостока (б)

На участках с затяжными продольными уклонами, превышающими поперечные, в местах вогнутых вертикальных кривых и уменьшения уклонов для поперечного перехвата воды, движущейся в дренирующем слое вдоль дороги (на участках выемок (рисунок 12 а) и в местах с нулевыми отметками (рисунок 12 б)), предусматривают поперечные трубчатые дрены диаметром 80 — 100 мм (поперечные прорези мелкого заложения), укладываемые в ровики глубиной 15 — 20 см с фильтрующими обсыпками из каменных материалов или фильтрующих нетканых материалов (рисунок 13). Расстояние между поперечными прорезями принимают равным 10 — 20 м.

1 — дренирующий слой; 2 — продольная трубчатая дрена d = 50 — 100 мм или трубофильтр; 3 — газон; 4 — тротуар; 5 — бортовой камень; B — ширина проезжей части

Рисунок 12 — Дренажные конструкции на участках выемок (а) и в местах с нулевыми отметками (б), способствующие усилению движения воды в капиллярной зоне

1 — фильтрующий геотекстиль; 2 — трубчатая дрена d = 50 — 80 мм; 3 — водоприемное отверстие; 4 — материал дренирующего слоя с требуемым коэффициентом фильтрации; iпр — поперечный уклон грунтового основания

Рисунок 13 — Поперечная прорезь на полную ширину земляного полотна

Мелкие местные пески с Kф < 2 м/сут целесообразно использовать в дренирующих слоях в следующих случаях:

• при возведении верхней части насыпей;
• устройстве в выемках и насыпях, с заниженной бровкой земляного полотна, углубленных продольных ровиков с трубчатой дреной;
• укладке по дну корыта геотекстиля, обертывая им трубчатые дрены.

Каждое из перечисленных мероприятий может быть применено после соответствующих технико-экономических расчетов.

К системе дорожного водоотвода относят также подстилающий (дренирующий) слой дорожных одежд из песка, щебня, щебеночно- или гравийно-песчаных смесей и других крупнозернистых материалов, который собирает воду, проникающую через обочины, трещины и швы в покрытиях (рисунок 14 а). Воду из дренирующего слоя, в особо благоприятных условиях, отводят на откосы насыпи или в боковые канавы дренажными воронками (рисунок 14 б, в). В весенний период дренирующий слой собирает воду, которая попадает из верхних слоев земляного полотна при таянии ледяных прослоек, образовавшихся на пучинистых участках в процессе зимнего влагонакопления. Дренирующие песчаные слои особенно важно устраивать во II и III дорожно-климатических зонах при пылеватых грунтах земляного полотна.

а — разрез по полотну дороги; б — примыкание воронки к песчаному слою при малых уклонах; в — то же, при уклоне более 10‰ ; 1 — прослойка дерна или мха; 2 — щебень или щебеночно-гравийно-песчаная смесь; 3 — дорожная одежда (стрелками показано направление отвода воды)

Рисунок 14 — Дренажные воронки

В зависимости от ширины проезжей части и климатических условий района строительства песчаные материалы для дренирующего слоя должны в уплотненном состоянии иметь коэффициент фильтрации от 3 до 10 м/сут. Толщину подстилающего песчаного слоя назначают не менее толщины, указанной в таблице 14.

Таблица 14

Дренажные воронки заполняют хорошо дренирующим материалом (одноразмерным щебнем, галькой размером зерен 40 — 60 мм и т.д.), по которому вода просачивается из земляного полотна. Дренажные воронки имеют сечение 0,2 — 0,4 м, их располагают через 4 — 6 м в шахматном порядке (см. рисунок 14 б).

Пропускная способность дренажных воронок невелика, поэтому для отвода воды, заполнившей поры песчаного основания, необходимо значительное время. Обочины, часто покрытые зимой слоем снега, начинают оттаивать примерно на неделю позже, чем грунт под проезжей частью. В наиболее ответственный для службы дороги период весеннего оттаивания воронки находятся в промерзшем состоянии и не могут отводить воду, поступающую под проезжую часть и скапливающуюся в песчаном дополнительном слое основания.

Значительное увеличение пропускной способности воронок возможно путем их уширения, поэтому часто соседние дренажные воронки объединяют в сплошной дренирующий слой (см. рисунок 14 а). Такое устройство песчаного слоя имеет также некоторые технологические преимущества.

В местах с неблагоприятными грунтово-гидрологическими условиями воду из дренирующего слоя отводят поперечными и продольными дренажными трубками из асбоцементных или керамических (гончарных) труб (рисунок 15). Вместо трубок могут быть устроены прорези, заполненные крупным дренирующим материалом.

а — продольная труба; б — приемная часть поперечной трубы в плане; 1 — обочина; 2 — слои дорожной одежды; 3 — песчаный слой; d — диаметр трубы

Рисунок 15 — Дренажные трубки, укладываемые в песчаный слой

При использовании дренажных труб необходимо принимать меры, предотвращающие проникновение потока холодного воздуха в земляное полотно.

Закрытый дренаж (рисунок 16) состоит из уложенной в грунте дрены — трубы (гончарной, керамической, бетонной или деревянной), в стенах которой устраивают отверстия для приема воды. Нередко вода поступает в эти трубы через стыки между звеньями, которые укладываются концами на специальные подкладки, исключающие смещение одного звена относительно другого. Чтобы труба не засорялась грунтом, ее окружают пористой засыпкой, крупность которой уменьшается по направлению к стенкам траншеи. Пористая засыпка собирает притекающую из грунта воду, которая стекает по трубе. В некоторых случаях вместо трубы устраивают каменную засыпку.

а — дренаж с каменной (фильтрующей) обсыпкой; б — то же, с дренажной трубой; 1 — утрамбованная глина; 2 — два слоя дерна, корнями вверх, или грунт, обработанный битумом; 3 — крупнозернистый или среднезернистый песок; 4 — щебень или щебеночно-гравийно-песчаная смесь размером зерен 5 — 10 мм; 5 — то же, 40 — 60 мм; 6 — щебень, утрамбованный в грунт; 7 — керамическая или асбоцементная труба d = 15 — 20 см; 8 — кривая депрессии; 9 — водоупор; h — толщина дополнительного слоя основания

Рисунок 16 — Поперечные сечения закрытого дренажа

Дренажи можно использовать как для понижения уровня грунтовых вод, так и для перехвата грунтовой воды, притекающей к дороге со стороны. Осушающее действие дренажей заключается в том, что при заглублении в грунт ниже уровня грунтовых вод труба или канава отводит воду, которая просачивается из прилегающей части грунта, в результате чего вблизи от дренажа образуется осушенная зона.

8 Особенности проектирования дренажа реконструируемых дорог

8.1 При проектировании реконструкции дороги дренажные сооружения необходимо назначать с учетом состояния старой дороги и ее дренажной системы, а также принятых технических решений по перестройке — усиление дорожной одежды, усиление с расширением или полная перестройка.

Если новую дренажную систему предусматривают в рамках расширения проезжей части и обочины, то для усиления фильтрации воды в старом подстилающем слое необходимо новый дренирующий слой устраивать с углублением по отношению к низу старого слоя (рисунок 17).

а — дренаж со сплошным водоотводящим слоем; б — то же, с продольными трубчатыми дренами; в — то же, с продольными трубчатыми дренами в выемке; 1 — существующая дорожная одежда; 2 — новое покрытие; 3 — новое основание; 4 — укрепляющая полоса; 5 — новый дренирующий слой на всю ширину земляного полотна или песчаный, хорошо фильтрующий грунт обочины; 6 — укрепление обочины; 7 — засев травами; 8 — углубление старого песчаного слоя, равное (0,6 — 0,8)·hk (hk — высота капиллярного покрытия в песке старого слоя); 9 — новый дренирующий слой при уширении проезжей части; 10 — выходной оголовок выпуска дренажа; 11 — бетонные плиты; 12 — трубчатый выпуск из дрен; 13 — фильтрующая обсыпка; 14 — продольная трубчатая дрена

Рисунок 17 — Размещение дренажа на реконструируемой дороге

8.2 На участках, где дренирующий слой под каменной частью дорожной одежды устроен только на ширину проезжей части, рациональна конструкция нового дренажного сооружения, в котором для отвода воды служит песчаный слой, устроенный на всю ширину обочины.

8.3 На участках, где в существующей дорожной одежде нет песчаного слоя (или песок заилился так, что потерял фильтрующие свойства), новый дренирующий слой следует устраивать в пределах расширенной проезжей части тротуаров или полосы укрепления и обочин с некоторым углублением относительно низа старой дорожной одежды (но не менее 5 см), если для обеспечения необходимой прочности части одежды, которая расширяется, не нужен более толстый слой песка.

8.4 На участках полной перестройки дорог и значительного повышения существующих отметок земляного полотна мероприятия по обеспечению осушения активной зоны и новой дорожной одежды существенно не отличаются от принятых при новом строительстве.

8.5 В выемках и на участках с нулевыми отметками при неблагоприятных почвенно-гидрологических условиях, которые содействуют значительному притоку воды в основание проезжей части, для быстрого отвода воды из дренирующего слоя может быть применен продольный дренаж с трубчатыми поперечными выпусками.

8.6 Принципы расчета дренажного слоя улиц и городских дорог, которые реконструируются, такие же, как и при новом строительстве. Необходимо обеспечить временное размещение воды в начале весны и своевременный ее отвод на следующей стадии (рисунок 18).

1 — труба d = 80 — 150 мм или трубофильтр d = 50 — 100 мм; 2 — бетонная подготовка, бетон марки М100; 3 — щебень или щебеночно-гравийно-песчаная смесь размером зерен 5 — 10 мм; 4 — слои тротуара; 5 — бортовой камень; 6 — бетон марки М200; 7 — слои проезжей части дорожной одежды

Рисунок 18 — Схема устройства сопутствующего дренажа мелкого заложения в выемке (углубленный продольный переток с трубчатой дреной)

Для отвода поверхностных вод возможно использование лотков во II и III дорожно-климатических зонах или слоя дренирующего асфальтобетона в IV и V (рисунок 19).

а — прибортовой лоток; б — прибортовой дренаж; 1 — слой дренирующего асфальтобетона; 2 — асфальтобетонные слои основания; 3 — слой основания из тощего бетона; 4 — песок, укрепленный цементом; 5 — цементобетон; 6 — трубофильтр; 7 — фильтрующая обсыпка; 8 — бетон марки М200; 9 — бортовой камень; 10 — слои тротуара; 11 — лоток

Рисунок 19 — Схема отвода воды из слоя дренирующего асфальтобетона

8.7 При значительных продольных уклонах необходимо предусматривать меры по прекращению движения воды в дренирующем слое по уклону.

Приложение А

ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ДРЕНИРУЮЩЕГО СЛОЯ

А.1 Пример 1

А.1.1 Исходные данные

\cdot Участок дороги III категории расположен в Московской области.

\cdot Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды, включая морозозащитный слой, — 1,1 м.

\cdot Толщина морозозащитного слоя из мелкозернистого песка — 0,5 м, коэффициент фильтрации — Kф = 2,1 м/сут, пористость — n = 0,32.

\cdot Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна — 3.

\cdot Грунт насыпи и естественного основания — супесь пылеватая.

\cdot Уклон дренирующего слоя — i = 0,03.

Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.

А.1.2 Расчет дренирующего слоя

А.1.2.1 Поскольку коэффициент фильтрации песка достаточно высок, дренирующий слой рассчитывают на осушение.

По таблице 3 находят удельный приток воды во II дорожно-климатической зоне для 3-й схемы увлажнения q = 3,5·10-3 м3/(м2·сут), а по таблице 4 - Kпк = 1,6; Kг = 1,0. Ввиду отсутствия переломов продольного профиля на участке, а также специальных мероприятий по уменьшению притока, Kвог = 1,0; Kр = 1,0.

А.1.2.2 По формуле (2) расчетный приток воды в дренирующий слой составляет qр = q·Kпк·Kг·Kвог·Kр/1000 = 3,5·1,6·1,0·1,0·1,0/1000 = 0,0056 м3/(м2·сут).

А.1.2.3 Для расчета используют номограмму (см. рисунок 3).

Для двухскатного профиля

q' = qр·B/2 = 0,0056·7/2 = 0,0196 м3/(м2·сут);

q'/Kф = 0,0196/2,1 = ₀,0093.

По номограмме для отношения qр/Kф находят величину 3,5·hнас/L = 0,07, где L — путь фильтрации, для двухскатного профиля он равен половине длины дренирующего слоя; L = B/2 + a + \delta , где B — ширина проезжей части, м; a — ширина обочины, м; \delta — средняя длина участка дренирующего слоя, м, расположенная в откосной части земляного полотна, равная сумме толщины дорожной одежды и половине толщины дренирующего слоя, умноженной на заложение откоса

L = 7/2 + 2,5 + (0,79 + 0,60/2)·1,5 = 9,6 м;

отсюда hнас = 0,19 м.

Тогда полная толщина дренирующего слоя

hп = hзап + hнас = 0,20 + 0,19 = 0,39 м.

А.1.2.4 Проверку на временное поглощение воды дренирующим слоем выполняют по формуле (5). По таблице 6 при пористости n = 0,32, для hп = 0,39 м находят \varphi_{\text{зим}} = 0,494 ; hзап = 0,2 м, Tзап = 6 сут.

Второй вариант расчета.

По аппроксимирующей формуле (6) вычисляют \varphi_{\text{зим}} в зависимости от пористости n = 0,32 и толщины hп дренирующего слоя

По формуле (5)

Расчет окончен.

А.2 Пример 2

А.2.1 Исходные данные

\cdot Участок дороги III категории расположен в Московской области.

\cdot Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды — 0,79 м.

\cdot Толщина морозозащитного слоя из среднезернистого песка — 0,6 м, коэффициент фильтрации — Kф = 1,2 м/сут, пористость — n = 0,34.

\cdot Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна — 3.

\cdot Грунт насыпи и естественного основания — супесь пылеватая.

\cdot Уклон дренирующего слоя — i = 0,03.

Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.

А.2.2 Расчет дренирующего слоя

А.2.2.1 Расчет толщины дренирующего слоя выполняют на осушение. В соответствии с пунктами А.1.2.1 - А.1.2.3 qр = 0,0056 м3/(м2·сут),

q' = qр·B/2 = 0,0056·7/2 = 0,0196 м3/(м2·сут),

q'/Kф = 0,0196/2,1 = 0,0093.

А.2.2.2 По номограмме (см. рисунок 3) определяют 3,5·hнас/L = 0,28; L = 9,6 м (см. пункт А.1.2.3), отсюда hнас = 0,77 м. Тогда hп = hзап + hнас = 0,20 + 0,77 = 0,97 м.

Поскольку требуемая толщина дренирующего слоя превышает заданную, следует применить конструкцию с прикромочным дренажем. Принимают, что продольная дрена расположена под серединой обочины. В этом случае путь фильтрации L = B/2 + a/2 = 4,75 м.

А.2.2.3 По номограмме (см. рисунок 6) по величине qр/Kф = 0,0056/1,2 = 0,0047 находят два значения hп: для L = 5 м и L = 3,5 м. По методу интерполяции hп = 0,4 м.

А.2.2.4 Проверку на временное поглощение воды дренирующим слоем выполняют по формуле (5). По таблице 6 \varphi_{\text{зим}} = 0,44 ; Tзап = 6 сут.

По формуле (6) вычисляют \varphi_{\text{зим}} при пористости n = 0,32 и толщине дренирующего слоя hп = 0,4 м

Расчет окончен.

А.3 Пример 3

А.3.1 Исходные данные

\cdot Участок дороги III категории расположен в Московской области.

\cdot Высота насыпи составляет 1,5 м, толщина дорожной одежды — 0,7 м.

\cdot Толщина морозозащитного слоя из среднезернистого песка — 0,7 м, коэффициент фильтрации — Kф = 0,49 м/сут, пористость — n = 0,28.

\cdot Схема увлажнения рабочего слоя земляного полотна — 3.

\cdot Грунт насыпи и естественного основания — супесь пылеватая.

\cdot Уклон дренирующего слоя — i = 0,03.

Требуется оценить возможность работы морозозащитного слоя как дренирующего.

А.3.2 Расчет дренирующего слоя

А.3.2.1 Ввиду того, что коэффициент фильтрации грунта достаточно низкий, дренирующий слой рассчитывают на поглощение.

По таблице 6 для n = 0,28 \varphi_{\text{зим}} = 0,55 .

По таблице 3 для условий II дорожно-климатической зоны и 3-й схемы увлажнения Q = 60 л/м2.

А.3.2.2 По формуле (4)

Расчет окончен.

А.4 Пример 4

А.4.1 Проектирование дренажа с использованием дренажного композитного геосинтетического материала

А.4.1.1 Рассмотрим дополнительный композитный геосинтетический дренажно-защитный слой в конструкции автомобильной дороги в виде дренажных матов X 5006H/5-2s/T100PP и X 5004C/5-2s/T110PP [7].

Исходная информация для проектирования следующая:

• ширина проезжей части (длина фильтрации B) — 7 м;
• поперечный уклон земляного полотна — 1:3;
• поперечный угол уклона земляного полотна — 18,43°;
• гидравлический градиент — i = 0,316;
• толщина дополнительного дренажного слоя при коэффициенте фильтрации Kф = 3 м/сут (см. подраздел 4.13) — hп = 0,4 м;
• вертикальное нормальное напряжение (см. рисунок 7) — 0,06 МПа.

Величина удельного притока воды q0 (при ширине, равной 1 м) в дренирующую прослойку (см. таблицу 3) для глины при 3-й схеме увлажнения рабочего слоя земляного полотна составляет 0,01326 м3/(м2·сут) = 0,01326·1000/(3600·24) = 0,0001535 л/(с·м2).

А.4.1.2 Технические характеристики дренажных матов приведены в таблице А.1.

Таблица А.1

А.4.1.3 Негативные факторы при определении расчетной дренажной способности мата и изменения его дренажной способности учитываются в рекомендациях документа [8].

Допустимые интервалы коэффициентов надежности и принимаемые для конкретного примера их значения следующие:

• местные повреждения FSin = 1,0 — 1,5 принимаем 1,5;
• ползучесть FScr = 1,2 — 1,4 принимаем 1,0 (т.к. коэффициент на ползучесть включен в расчет qДГК);
• уменьшение по условию химической устойчивости FScc = 1,0 — 1,2 принимаем 1,1;
• уменьшение по условию биологической устойчивости FSbc = 1,2 — 1,5 принимаем 1,2;
• точность расчета FSsy = 1,0 — 2,0 принимаем 1,2.

Таким образом, общий коэффициент надежности FS по формуле (10) равен 2,376.

А.4.1.4 Для дренажного мата X 5006H/5-2s/T100PP при i = 0,03 и давлении на мат 100 кПа расчетная дренажная способность qр определяется по формуле

qр = qenka·(1/(FSin·FScr·FScc·FSbc))·(1/FSsy) = = 0,19·(1/(1,5·1,0·1,1·1,2))·(1/1,2) = 0,19/2,376 = = 0,0800 л/(с·м) = 8,00E-05 м3/(с·м) или qр = 16,416 м3/(м·сут)/2,376 = 6,9091 м3/(м·сут).

Сравнение его расчетной дренажной способности и расчетной величины притока воды осуществляется по таблице 8.

Расчетная дренажная способность дренажного мата qр = 0,0800 л/(с·м).

Величина притока воды qВ с учетом пути фильтрации равна B·q0, т.е.

qВ = 7·0,0001535 = 1,074E-03 л/(с·м).

Учитывая условие применения геокомпозита qр > qВ, имеем

qр = 0,0800 л/(с·м) > qВ = ₁,074E-03 л/(с·м).

В результате получаем превышение в 0,0800/₀,001074 = 74,44 раза.

А.4.1.5 Таким образом, геосинтетический дренажный мат X 5006H/5-2s/T100PP полностью обеспечивает отвод воды со значительным коэффициентом запаса.

А.4.2 Дренажная способность грунтового слоя

А.4.2.1 Толщина дренажного слоя определена в соответствии с пунктом 5.1.4 и равна 0,4 м. Коэффициент фильтрации

Kф = 3,4722E-05 м/с (3 м/сут).

При гидравлическом уклоне i = 0,316 определяем дренажную способность грунтового слоя по формуле

qр песка = Kф·i·hп = 3,4722E-05·0,316·0,4 = = 0,0044 л/(с·м) = 0,036 м3/(м·сут).

А.4.2.2 Результаты расчета при различных значениях коэффициента фильтрации песка приведены в таблице А.2.

Таблица А.2

Примечание - q_{\text{р}_{\text{ДГК}}} = 0,5598\text{л}/(\text{с} \cdot \text{м}) .

А.4.2.3 На основании проведенных расчетов можно сделать вывод, что дренажная способность мата типа X 5006H/5-2s/T100P больше дренажной способности песка (0,0800/0,0044) в 18,21 раза.

Приложение Б (справочное)

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕОСИНТЕТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Физико-технические свойства геосинтетических материалов для фильтрующих прослоек приведены в таблице Б.1.

Таблица Б.1

Примечание - Сокращение названий материалов принято согласно классификации геосинтетических материалов и области их применения.

Физико-технические свойства геосинтетических материалов для дренажных систем даны в таблице Б.2.

Таблица Б.2

Примечание - Сокращение названий материалов принято согласно классификации геосинтетических материалов и области их применения.

Классификация геосинтетических материалов приведена в таблице Б.3.

Таблица Б.3

БИБЛИОГРАФИЯ

Руководитель организации-разработчика ФГБУ «РОСДОРНИИ» Генеральный директор О. Н. Ярош