Течение воды в кюветах

 

Вода на поверхности дороги создает серьезную опасность для водителей и вызывает перебои в транспортном сообщении, мешающие нормальной хозяйственной деятельности. Когда пленка воды достигает определенной толщины, шины начинают пробуксовывать или скользить при торможении. Наличие пленки влияет также на разгон автомобилей и мешает их управлению. Коэффициент трения на влажных поверх­ностях меньше, чем на сухих. Разбрызгивание воды ухудшает условия видимости, снижает комфорт пассажиров, а шум воды может мешать

езде.

Хорошей является такая поверхность, которая имеет значительную шероховатость и быстро сохнет. Этого можно добиться, создав прони­цаемое покрытие, через верхний слой которого вода будет просачиваться. Обычно строят дороги с выпуклым профилем или поперечным уклоном, хотя в этом случае вождение вблизи края дороги, где наибольший уклон, может быть опасным и неудобным. В число факторов, определяющих допустимую высоту слоя воды на дороге, входят: скорость движения, устройство протектора шин, масса автомобиля, материал шин, материал дорожного покрытия, поперечный уклон дороги, наличие нефти, масел и грязи на дороге, скорость течения воды.

Пленка толщиной 1-2 мм может сильно влиять на сцепление колес с дорогой. При большой толщине слоя скорость движения ограни­чивается условием видимости. При высоте слоя воды более 5 мм вожде­ние становится опасным. Тормозной путь автомобиля с новыми шинами, движущегося по мокрой дороге со скоростью 70 км/ч, изменяется от 60 м на uiepov чатом асфальте до 120 м на гладком. При изношенных шинах тормозной путь увеличивается до 80 м на мокром шероховатом асфальте и до 160 м - на гладком. Это примерно вдвое больше, чем на сухих дорогах. На дороге, залитой водой, тормозной путь может быть намного больше. Коэффициент трения на влажных дорогах уменьшается от 0,6 при скорости движения, 20 км/ч до 0,1 при скорости 45 км/ч на

гладком мокром асфальте.

Поперечный профиль дороги может быть принят исходя из некоторой высоты слоя воды. Наряду с устройством кювета, прилегающего к бордюру, дороге можно придать такой профиль, при котором высота слоя поперек дороги будет одинаковой. Рассмотрим дорогу, показанную на рис. 6.1. Сток воды происходит в боковом направлении к обоим краям дороги, т.е. ее центр приподнят. Будем считать, что интенсивность осадков равномерна и потерь нет, слой воды достиг равновесия и одинаков во всех точках. Расход воды (м²/с) на единицу длины дороги будет

q = i_д∙ х                                                                (6.1)

где i_д - интенсивность осадков, м/с; х - расстояние от верхней точки профиля дороги, м.

Выразим скорость течения по формуле Шези (4.10), а коэффициент Шези - по формуле Маннинга (С_ш = R^1/6 / n_ш , R = h). Тогда расход будет

                                           (6.2)

Из уравнений (5.12) и (5.13) получим поперечный уклон в зависи­мости от допустимой высоты слоя воды h:

                       (6.3)

Интегрируя по х, получаем выражение для поперечного уклона от верхней точки дороги:

                                         (6.4)

Таким образом, если n_ш = 0,02 , h = 1мм и расчетная интенсивность осадков i_д=1,67 мм/мин, то z = x³ – 10^-3. Следовательно, при ширине дороги 6 м х = 3 мм, и подъем дороги z на поперечном профиле составит 25 мм.

Вода, стекающая с поверхности дороги к ее краям, может разли­ваться на прилегающей местности, отводиться в боковую канаву или собираться в кюветы, проложенные у обочины дороги. Последние могут представлять собой трапецеидальные канавы, идущие в стороне от дороги или расположенные между наклонной поверхностью дороги и почти вертикальным бордюром. Вода будет течь по ним в продольном направлении, пока не попадет через впускное отверстие в дождевую канализацию. Таким образом, на сток в кювете будут влиять и продоль­ный, и поперечный уклон дороги.

Расход воды в канале трапецеидального сечения можно связать с глубиной потока формулой (4.11) при выражении С_щ по Маннингу:

                                 (6.5)

где i_пр - продольный уклон; R = ω/χ,

ω = 0,5h²(2b/h + m₁ + т₂),          

т₁ и т₂ - коэффициенты откосов, выраженные через котангенс угла наклона откосов к горизонтальной плоскости.

Заложение откосов назначается в зависимости от грунтов и типов крепления. Для каналов треугольной формы b = 0.

Если один борт канала образован бордюром дороги, а другой - выпуклой поверхностью дороги с уклоном i^, уравнение для опреде­ления расхода будет иметь вид

                            (6.6)

Минимальные размеры водоотводных канав рекомендуется принимать шириной по дну 0,3 м, глубиной - 0,4 м. Максимальная глубина протока воды в них должна быть не более 1,0 м.

Бровка канавы должна возвышаться над расчетным уровнем воды не менее чем на 0,2 м. Скорости течения дождевых вод в кюветах и каналах не должны превышать наибольших скоростей, величины которых при глубинах от 0,4 до 1 м принимаются равными (м/с):

при креплении стенок канала бетонными плитами...........4

при одерновке откосов плашмя..........................................1,0

то же, в стенку......................................................................1,6

при одинарном мощении откосов......................................2,0

при двойном      "  ……...........................................3-3,5

для скальных грунтов..........................................................4,0

При глубинах потока менее 0,4 м значения наибольших скоростей следует брать с коэффициентом 0,85; при глубинах выше 1 м - с коэффициентом 1,25.

Наименьшие продольные уклоны лотков проезжей части, кюветов и канав принимают следующими:

лотки проезжей части при асфальтобетонном покрытии.....0,003

то же, при брусчатом или щебеночном покрытии................0,004

то же, при булыжной мостовой...............................................0,005

отдельные лотки и кюветы.......................................................0,005

водоотводные канавы...............................................................0,003

Ширина зеркала воды в лотках мостовых при часто повторяющихся дождях должна быть не больше 0,6-1 м, а при расчетных дождях может достигать 2 м.

 

Дождеприемники

 

Дождевые воды стекают к краям дороги в кюветы (лотки) треуголь­ного сечения, образованные выпуклым профилем дороги и бордюром, и далее (по ним) поступают в дождеприемники, расположенные через определенные расстояния друг от друга. Общий вид дождеприемника представлен на рис. 6.2. Стенки дождеприемных колодцев собираются обычно из железобетонных колец диаметром 0,7 и 1 м. Глубина колодцев Н зависит от глубины промерзания грунтов. Для дорог величина Н составляет 1130-2020 мм, а для парковых территорий - 910-1380 мм. Длина присоединения (ветки) от дождеприемника до коллектора должна быть не более 25 м, при диаметре труб коллектора 600 м и больше может быть бесколодезное присоединение ветки. В этом случае длина ветки принимается не более 15 м и уклон труб не менее 0, 01.

На одной ветке можно располагать два-четыре дождеприемника. В местах примыкания соединительных труб к дождеприемнику про­странство между стенками трубы и колодца заделывается просмоленной прядью и асбестоцементным раствором с двух сторон. Допускается при­соединение к дождеприемникам водосточных труб зданий и дренажных трубопроводов. Дождеприемные отверстия обычно перекрываются горизонтальными металлическими решетками, наряду с ними устраи­ваются вертикальные отверстия в плоскости бордюрного камня или комбинированные горизонтальные решетки и вертикальные отверстия (рис. 6.3). При комбинированных отверстиях диаметр водоприемного колодца принимается 1 м, в остальных случаях- 0,7 м. Выбор того или иного типа впуска (рис. 6.4) определяется рядом практических соображений.

Вертикальные проемы в бордюрах, называемые бордюрными впусками, удобны с точки зрения движения транспорта, но менее эффективны в гидравлическом отношении, если не дополнены специальными приспособлениями для бокового отведения стока.

Устанавливаемые на дорогах горизонтальные решетки, называемые кюветными впусками, подвержены повреждениям от тяжелых авто­мобилей. Крышки кюветных впусков с длинными продольными щелями более эффективны, но представляют опасность для велосипедистов. Малые же отверстия перфорированных крышек забиваются мусором и травой, смытыми с обочин дороги.

В общем, поперечный уклон в сторону впуска должен быть по возможности больше, а при наличии углубления перед впуском он действует еше лучше. Некоторая часть вод, может следующему впуску. Это не должно беспокоить способность впускных проемов тем больше, чем глубже поток воды.

Расстояние между дождеприемниками при пилообразном продоль­ном профиле лотков (уклоне улиц менее 0,005) назначается в зависи­мости от продольного уклона улиц и глубины воды в лотке у дожде­приемника, которая, как правило, не должна превышать 0,06 м. Расстояние между дождеприемниками при затяжном уклоне улиц не менее 0,005 устанавливается исходя из условия, что ширина потока перед решеткой не должна превышать 2 м. При закрытой дождевой сети на территории кварталов и ширине улиц до 30 м дождеприемники должны устанавливаться на расстоянии 50, 60, 70 или 80 м при уклоне улицы соответственно 0,004; 0,004-0,006; 0,006-0,01 и 0,01-0,03.

Несмотря на низкую гидравлическую эффективность бордюрные впуски, т.е. боковые проемы в бордюре, широко используются в районах с интенсивным транспортным сообщением. Они не намного дороже кюветных впусков, но меньше подвержены повреждениям от транспорта и не создают таких помех для движения, как кюветные решетки. Эффективность бордюрных впусков оценивается по количеству отводи­мой воды. Некоторые дополнительные меры позволяют улучшить боковое отведение воды. Это может быть устройство поверхностей более крутых, чем общий поперечный уклон дороги, выемок или диагональных отражающих выступов на поверхности дороги. Так, в работе реко­мендуется делать углубление перед бордюрным впуском с необходимой длиной верхней части кюветного углубления (рис. 6.5).

Пропускная способность (м³/с) вертикального отверстия в бордюр­ном камне без всяких устройств невелика и может быть определена по формулам МАДИ:

при Н₀ < 1,4h, когда отверстие работает как боковой водослив с

широким порогом,

                                           (6.7)

при H₀ > 1,4h, когда верхняя кромка отверстия затапливается,

                                         (6.8)

Здесь Н - глубина воды перед отверстием, м; Н₀ = Н + v²/2 g; v - скорость течения воды на подходе к отверстию, м/с; И - высота отверстия, м; /_отв и со_отв -длина (м) и площадь (м²) отверстия.

Устраивать водопропускные отверстия на затяжных спусках не рекомендуется, так как большая часть воды "проскакивает" мимо них.

Горизонтальные кюветные впуски на дорожной поверхности привлекательны тем, что имеют большую пропускную способность. Однако при большой нагрузке от транспорта решетки могут ломаться, а при их повреждении колеса автомобилей могут проваливаться во впускные отверстия. Решетки подвержены засорению, а наиболее эффективные в гидравлическом отношении решетки с продольной щелью шириной 25 мм представляют опасность для велосипедистов.

Для полного перехвата потока длина стержней решетки должна быть не менее длины свободного падения струи:

                               (6.9)

где Н - глубина потока за верхним краем решетки; q - расход воды на единицу ширины кювета.

Если при пологом продольном уклоне кюветный поток находится в докритическом режиме, то на гребне решетки глубину потока можно считать критической и тогда

                                    (6.10)

В соответствии с ГОСТ 26008-83 на дождеприемниках в пони­женных местах на улицах при пилообразном продольном профиле лотков (уклон улиц < 0,005) и в парках рекомендуется устанавливать малые чугунные прямоугольные решетки типа ДМ с размерами b = 58 см и с = 30 см (см. рис. 6.3, а). В населенных пунктах с пересеченным рельефом при продольном уклоне улиц не менее 0,005 рекомендуется применять большие чугунные прямоугольные решетки типа ДБ шириной b = 80 см и длиной с = 40 см (см. рис. 6.3, б).

Для реконструкции и ремонта существующих дождеприемных колодцев, которые нередко оборудованы круглыми в плане решетками, указанный выше ГОСТ предусматривает изготовление круглых решеток (рис. 6.6,5). Для приема дождевой воды в садах, парках, а также во дворах при отсутствии регулярного движения транспорта разрешается применять чугунные облегченные или железобетонные решетки.

При малых глубинах лотка, если выполняется соотношение

H₀ <1,33(ω_реш/l_реш), решетка, установленная в пониженном месте, не перекрывается слоем воды и работает как водослив с широким порогом, т.е. вода поступает в дождеприемник по периметру с расходом (м³/с):

                                   (6.11)

где l_реш  - длина той части периметра решетки, на которой происходит прием воды, м; Н - глубина воды в лотке перед решеткой, м; H₀ = Н + v²/2g; v - скорость потока перед решеткой, м/с.

При Н₀ > 1,33(ω_реш/l_реш), когда решетка покрыта слоем воды и работает по схеме истечения через отверстие, расход (м³с) определяется по формуле

                            (6.12)

где ω_реш - площадь отверстий решетки, м.

При расчете решеток типа ДБ на улицах с затяжным уклоном следует учитывать, что часть воды будет "проскакивать" мимо решетки. Пропускную способность решеток, установленных в пониженных местах лотков с пилообразным продольным профилем, по исследо­ваниям МАДИ, рекомендуется принимать по табл. 6.1.

Пропускная способность решеток, установленных в лотках с про­дольным уклоном i₀, определяется расходом воды в лотке перед ре­шеткой и поперечным уклоном i_п. Эта величина принимается на основе исследований МАДИ для решеток типа ДМ и ДБ по табл. 6.2 и 6.3.

При плоском рельефе местности и отведении дождевых вод с неблагоустроенных территорий в ряде случаев применяются дожде­приемники с осадочной частью глубиной 0,5-0,7 м. При такой кон­струкции дождевая сеть в меньшей степени засоряется землей и песком, но осадочные части дождеприемников следует регулярно очищать.

За рубежом, кроме того, применяют дождеприемники со съемными корзинами под дождеприемными решетками для удержания листьев и мусора. Корзины периодически должны очищаться от задержанных загрязнений.