Водоотводные и водопропускные сооружения на авто­мобильных дорогах, страница 2

Как следствие боковая канава из средства осушения земляного полотна превращается в свой антипод — сред­ство увлажнения грунта земляного полотна и сохранения повышенной влажности грунта в течение значительного времени (заметно превышающего продолжительность дождя). Так как боковые водоотводные канавы устраива­ют на участках не высоких насыпей, в случае проложения дороги в нулевых отметках или в выемках, то каких-либо видимых, заметных глазу деформаций и (или) разрушений земляного полотна не происходит. Однако это не означает, что с земляным полотном автомобильной дороги ничего не происходит. Переувлажнение грунта по причине его подто­пления водой из боковой канавы может иметь следствием значительное снижение его несущей способности и тем самым снижение прочности дорожной одежды, а также со­вершенно меняет состояние дорожных обочин. При съезде автомобиля на переувлажненные грунтовые обочины его колеса начинают скользить и буксовать. Возникает занос, который устранить невозможно из-за высокой подвижно­сти фунта. Обочины становятся опасными не только для движения, но и для остановки автомобиля. У одного из ав­торов статьи на автомобильной дороге Москва — Волгоград был случай, когда автомобиль для остановки был выведен на обочину с переувлажненным грунтом (визуально это-' было не видно). Ввиду малой интенсивности движения по дороге снижение скорости было проведено на проезжей части, и съезд на обочину был осуществлен при скорости ниже 5 км/ч. Однако и при такой скорости возник боко­вой занос, к счастью, небольшой. Но основные трудности возникли при трогании автомобиля с места и выезде на по­крытие проезжей части. Задние ведущие колеса буксовали даже при малом крутящем моменте, и въехать на дорожное покрытие самостоятельно оказалось невозможным без по­сторонней помощи. Из-за буксования на обочине в месте въезда задних колес на проезжую часть дороги мгновенно

Фактически при расчете в канавах предусматривается свободное протекание потока. Высота выступов геометри­ческой шероховатоеп^стенок и дна (т.е. размеры загрязне­ний в канаве) неизмеримо меньше глубины потока воды.

Фактически канавы (неукрепленные или укрепленные одерновкой, посевом трав) немедленно начинают зарастать травой. И это меняет условия протекания воды. Выраста­ющая трава меняет не только величину коэффициента ги­дравлической шероховатости, но и другие гидравлические характеристики водного потока — смоченный периметр, площадь живого и форма поперечного сечения.

Последние два показателя начинают все больше отли­чаться от поперечного сечения затопленной части канавы (рис. 4).

Рис.4, а - при отсутствии значительной растительности; б - при высоте травы 1-2 см; в - при высокой траве; г - при значительном зарас­тании травы.

При попадании в канаву значительных по размеру (со­измеримых с размерами поперечного сечения канавы) предметов — камней, автомобильных шин и т.п. — они создают препятствия протеканию воды. В конечном итоге заполнение канав травой, отложениям грунта, камнями и техногенными предметами может привести к полному прекращению течения воды и, таким образом, к принци­пиальному изменению условий формирования влажности грунта земляного полотна.

В соответствии с вышеизложенным должен быть из­менен гидравлический расчет водоотводных канав. Если при отсутствии или очень малой высоте травы, при укреплении канав неразмываемыми материалами можно при расчетах использовать известные формулы [1], со­держащие в своем составе коэффициент гидравлической шероховатости как один из важнейших гидравлических показателей, то при наличии загрязнителей, соизмеримых

с размерами канавы (высокой травы, больших камней, кустов и т.д.), использовать коэффициент гидравлической шероховатости затруднительно. Это хорошо видно по дан­ным таблицы 2 [2]:

Целесообразно для расчетов использовать зависимости без явного присутствия коэффициента гидравлической шероховатости.

Расчет выполняется по формуле Шези (Q — расход по­тока, со — площадь живого сечения потока, v — скорость потока)

Q - т - v

в которой скорость течения выражается через коэффи­циент С:

где R — гидравлический радиус, i — уклон потока.

Известно [3] более 130 эмпирических и полуэмпириче­ских выражений для определения величины коэффици­ента С в формуле Шези. Все они получены для различных условий протекания водного потока, с разными глубинами Дот_1=2мм до нескольких метров)гПоэтому рйулетаты рас-четов по ним значительно отличаются.

Из всей массы формул при практических расчетах наибо­лее широко используют лишь 7—10 зависимостей, обеспе­чивающих наилучшее совпадение с опытными данными. Большая часть из них получена при достаточно больших значениях гидравлического радиуса. При расчетах следует учитывать и такую гидравлическую характеристику пото­ка, как число Рейнольдса, величина которого зависит от гидравлического радиуса и коэффициента гидравлической шероховатости. Число Рейнольдса является критерием тур­булентности и ламинарности потока. При числе Рейноль­дса более 500, поток считается турбулентным, при меньшем значении — ламинарным.

Одной из наиболее широко употребляемых зависимостей при расчете скорости водного потока является формула В.Н. Гончарова:

. ,  6,15 • h    г--------------------- _;—

К

Полученная по результатам большого количества экс­периментов на открытых потоках при глубинах от 10 мм до 490 мм (при соотношении h/R от 1,0...1,33 и более), скоро­сти течения воды от 0,01 м/с до 2,03 м/с и числах Рейноль­дса от 7 до 400 000.

При некотором упрощении формула В.Н. Гончарова за­писывается в виде:

v = 23,9-

Где: h — глубина, R — гидравлический радиус потока. Здесь = 23,9(h/R)¹⁵.

Причиной отмеченного выше состояния боковых водо-отводных канав является ^отсутствие или недостаточный

объем работ по их содержанию. В настоящее время вопрос содержания боковых водоотводных канав вдоль земляного полотна автомобильных дорог — очистки от препятствий, мешающих течению воды — пока не решен.

Литература

1.  Справочная энциклопедия дорожника. Том 5. Проек­тирование автомобильных дорог. М., 2007. С. 285—287.

2.  Богомолов А.И., Константинов Н.М. Примеры ги­дравлических расчетов. М., Автотранс издат, 1962. С. 174-232,522-527.

3.  Немчинов М.В. Сцепные качества дорожных покрытий и безопасность движения автомобиля. М., Транспорт, 1985. С. 116-120.