Charakterystyka cieków (na podst. normy PN-S-02204 „Drogi samochodowe. Odwodnienie dróg” oraz poradnika ZALECENIA PROJEKTOWANIA, BUDOWY I UTRZYMANIA ODWODNIENIA DRÓG ORAZ PRZYSTANKÓW KOMUNIKACYJNYCH – Warszawa 2009)
Rowy przydrożne i muldy
Zgodnie z Rozporządzeniem MTiGW z dnia 2 marca 1999r. jako standardowe rozwiązanie odwodnienia powierzchniowego pasa drogowego oraz przyległego do niego terenu na obszarach niezabudowanych zaleca się stosowanie rowów przydrożnych zarówno otwartych jak i krytych.
Mulda przydrożna (podłużna) – powierzchnia rozciągająca się wzdłuż pobocza drogi lub skarpy nasypu, bądź wykopu; która w przekroju poprzecznym muldy ma charakter płytkiego ziemnego wykopu.
Rów otwarty (opływowy, trójkątny, trapezowy) – otwarty wykop o głębokości powyżej 30 cm, który zbiera i odprowadza wodę.
Rów kryty – rów oddzielony od powierzchni ziemi przykryciem na całej swej długości.
Rów przydrożny – rów zbierający wodę z korpusu drogi.
Rów odpływowy – rów odprowadzający wodę poza pas drogowy; łączy rów przydrożny lub stokowy z odbiornikiem wód opadowych.
Rów stokowy – rów zbierający wodę spływającą ze stoku.
Rów trawiasty – rów z warstwą próchniczną (humusową) o grubości, co najmniej 20 cm w podłożu, tj. na powierzchni skarp i dna, oraz z darniową pokrywą trawiastą.
Rów szczelny – rów z nieprzepuszczalną warstwą w podłożu pozwalającą na odprowadzenie wód opadowych do gruntu.
Rów infiltracyjny – rów z filtracyjną warstwą w podłożu.
Bystrotok – odcinek rowu o zwiększonym pochyleniu dna ukształtowanym w sposób rozpraszający energię kinetyczną spływającej wody.
Kaskada – sztuczny wodospad z jednym lub większą ilością stopni o wysokości do 50 cm wykonywany w ciągu rowu.
Rów stokowy stosuje się wtedy, gdy istnieje możliwość rozpływu skarpy drogowej wodą spływająca po stoku. Rów odpływowy łączy rów przydrożny lub stokowy bezpośrednio z odbiornikiem. Rów przydrożny może być wykonany jako:
a) trapezowy o szerokości dna co najmniej 0,4m i nachyleniu skarp jak 1:1,5 do 1:3 oraz głębokości od 0,5 do 1,2m. Rów trapezowy stosuje się na drogach wszystkich klas.
Rys. Rów przydrożny trapezowy (rys. katalog inżyniera)
b) trójkątny z dnem wyokrąglonym łukiem kołowym o promieniu 0,5m, nachyleniem skarpy wewnętrznej 1:3 a skarpy zewnętrznej 1:3 do 1:10 oraz głębokością do 0,3 do 1,5m. Rów trójkątny stosuje się na drogach klasy A, S i GP, w szczególności w celu ułatwienia utrzymania drogi, kiedy wysokość skarpy nasypu lub wykopu jest mniejsza niż 1,0 m.
c) opływowym, z z dnem wyokrąglonym łukiem kołowym o promieniu 2m, krawędziami górnymi wyokrąglonymi łukami kołowymi o promieniu od 1,0 do 2,0 m, nachyleniem skarpy wewnętrznej 1:3 a skarpy zewnętrznej 1:3 do 1:10 oraz głębokością do 0,3 do 0,5m. Rów opływowy stosuje się na drogach klas A i S, a dopuszcza się jego stosowanie na drodze klasy GP wyłącznie w wykopach.
Rys. Rów przydrożny opływowy (rys. katalog inżyniera)
Rów stokowy stosuje się w kształcie trapezowym o szerokości dna co najmniej 0,4m i głębokości od 0,3 do 0,5m oraz pochyleniu skarp od 1:1,5 do 1:3. Rowy takie powinno się wykonywać w odległości co najmniej 3m od skarpy drogowej przy gruntach suchych i zwartych oraz co najmniej 5m w innych przypadkach
Rys. Rów przydrożny stokowy
Rów odpływowy wykonuje się jako trapezowy o minimalnej szerokości dna 0,4m i głębokości 0,5m ,skarpach o pochyleniu nie większym niż 1:1,5, rów powinien być w miarę możliwości prostoliniowy, dopuszczalne są łuki o promieniu co najmniej 10m
Najmniejszy dopuszczalny spadek podłużny rowu wynosi 0,2%, a przy rowach o dług. <200m nie mniej niż 0,1%. największy dopuszczalny spadek nie powinien przekraczać:
a) przy skarpach nieumocnionych
– w gruntach piaszczystych 1,5%
– w gruntach piaszczysto-gliniastych 2%
– w gruntach gliniastych i ilastych 3%
– w gruntach skalistych 10%
b) przy skarpach i dnie umocnionym
– matą trawiastą 2%
– darniną 3%
– faszyną 4%
– brukiem na sucho 6%
– elementami betonowymi 10%
– brukiem na podsypce piaskowo-żwirowej o grub. 20cm z wypełnieniem spion zaprawą cementową 15%
Przy prądkości przepływu wody w rowie <0,2m/s nie ma potrzeby jego umacniania. >0,2m/s stosuje się:
– 0,2-1,0 m/s maty trawiaste
– 0,2-1,5m/s darnina na płask
– 0,6-2,0m/s darnina na płask umocniona faszyną
– 1,5-2,0 darnina rębem
Muldy
Zakres stosowania i wymagania
Zaleca się stosować muldy przydrożne jako elementy odwodnienia dróg klas A, S, GP przebiegających w wykopie. Należy tak projektować niweletę dna muldy, aby była równoległa do krawędzi jezdni.
Rys. Mulda trawiasta.
Muldy powinny charakteryzować się następującymi parametrami:
• szerokością od 1,0 m do 2,5 m,
• głębokością minimalną 0,2 m; przy czym głębokość muldy nie powinna przekraczać 20% jej szerokości,
• w celu zabezpieczenia przed erozją zaleca się umocnienia dna muldy z trawy w matach lub rolkach ułożonych na podłożu z gleby urodzajnej,
• w celu zwiększenia wsiąkania wód zaleca się np. wykonać pod muldą drenaż,
• w uzasadnionych przypadkach zaleca się wykonać uszczelnienie dna rowu.
W celu zapewnienia odpływu wody z muldy oraz ochrony jej przed erozją należy stosować odpowiednie umocnienia dna muldy zależne od pochylenia podłużnego dna
Kaskady
Zakres stosowania i wymagania
Kaskady zaleca się stosować:
• gdy występują rowy, dla których wartość obliczeniowa spadku podłużnego przekracza 15,0%,
• w celu odprowadzenia wody z rowu stokowego,
• w obrębie skarpy do odprowadzenia wody z ujścia kanalizacji deszczowej o niewielkiej przepustowości lub pojedynczego wpustu deszczowego do rowu przydrożnego lub innego zbiornika rozwiązanie nie zalecane ze względu na możliwość rozmycia korytek a w konsekwencji skarpy.
Kaskada to konstrukcja powstała po wbudowaniu stopni w dnie rowu o znacznym pochyleniu. Ze względu na materiał użyty do wykonania konstrukcji rozróżniamy kaskady kamienne, bądź betonowe.
Zaleca się aby:
• wysokość stopnia kaskady nie przekraczała 0,50 m,
• szerokość stopnia kaskady wynosiła 0,30 m – 0,50 m,
• ścianki kaskady miały grubość od 0,20 m do 0,30 m,
• wartości pochyleń podłużnych dna rowu pomiędzy stopniami kaskady nie przekraczały wartości dopuszczalnych.
Szerokość dna może być stała lub zmienna. U spodu kaskady pojedynczej lub kaskady dolnej należy zaprojektować poduszkę wodną o gr 25 – 40 cm z fundamentem o grubości 0,35 m – 0,40 m.
Przy stopniu należy wzmacniać skarpy i dno rowu. Do wzmocnienia należy wykorzystać bruk lub płyty betonowe układane na podsypce cementowopiaskowej.
Rys. Rów z kaskadą.
Ilość stopni kaskad na danym odcinku uzależniona jest od wysokości kaskady h i różnicy spadków dna rowu ∆i. Dla tych parametrów należy wyznaczyć odległość pomiędzy poszczególnymi stopniami kaskady na danym odcinku l
gdzie:
gdzie:
h – wysokość stopnia kaskady,
i1– pierwotne pochylenie podłużne dna rowu dostosowane do pochylenia podłużnego terenu,
i2– przyjęte pochylenie podłużne pomiędzy projektowanymi kaskadami, wartość tego pochylenia nie może przekraczać dopuszczalnej wartości pochylenia dla danego sposobu umocnienia dna rowu.
Bystrotoki
Zakres stosowania i wymagania
W przypadku, gdy obliczeniowa wartość spadku podłużnego dna rowu drogowego przekracza 15,0 % zaleca się stosować kaskady, jednak ze względu na łatwość wykonania i niższe koszta można stosować zamiast kaskad bystrotoki. Bystrotok to konstrukcja umożliwiająca przepływ wody z wyższego do
niższego poziomu, stosowana np. w rowach o dużym pochyleniu podłużnym dna. Konstrukcja bystrotoku powinna wykluczać możliwość rozmycia gruntu pod fundamentem. W bystrotoku różnica wysokości h ≤ 2,0m powinna być rozłożona na pewnej długości „l” tak, aby pochylenie bystrotoku nie było większe
niż 1:10. U spodu bystrotoku należy wykonać poduszkę wodną.
Rys. Bystrotok.
Ze względu na materiały wykorzystywane do budowy bystrotoki dzielimy na kamienne i faszynowo-kamienne, betonowe. Bystrotoki kamienne należy wykonać z bloków skalnych lub głazów
kamiennych o minimalnych wymiarach 0,25 m x 0,35 m. Bloki należy układać rębem na betonowej lub żelbetowej warstwie fundamentowej o grubości min. 0,30 m. Szczeliny należy wypełniać zaprawą
cementową 1:2. Można również stosować materace siatkowo kamienne, które układa się na
podsypce.
Obliczenie wielkości przepływu w cieku
Wielkość przepływu w cieku otwartym wyznacza się według wzoru
gdzie:
Q – przepływ [m3/s],
F – pole powierzchni czynnego przekroju [m2],
v – średnia prędkość przepływu w cieku [m/s] wyznaczana ze wzoru
gdzie:
kst – współczynnik chropowatości cieku zależny od umocnienia jego dna i ścian, przyjmowany z tabeli
Tabela. Wartości współczynnika Kst według (Edel R.: Odwodnienie dróg. WKiŁ, Warszawa 2006)
IE – spadek podłużny dna cieku,
Rh – promień hydrauliczny, według wzoru
gdzie:
Lu – obwód zwilżony [m],
F – pole powierzchni czynnego przekroju [m2].
Rys. Rysunek pomocniczy do wyznaczania promienia hydraulicznego dla przykładowego rowu