طراحی زهکشی

جاده ها بر روی سطح طبیعی و الگوی زهکشی زیرسطحی یک تپه آبخیزداری یا انفرادی تأثیر می گذارد. طراحی زهکشی جاده به عنوان هدف اصلی خود کاهش و/یا از بین بردن انرژی تولید شده توسط آب جاری است. قدرت مخرب آب جاری ، همانطور که در بخش 3. 2. 2 بیان شده است ، با افزایش سرعت آن به صورت نمایی افزایش می یابد. بنابراین ، آب نباید مجاز به ایجاد حجم یا سرعت کافی نباشد تا باعث سایش بیش از حد در امتداد خندق ها ، زیر حفره ها یا در امتداد سطوح ، برش یا پر شدن شود.

تأمین زهکشی کافی در طراحی جاده از اهمیت ویژه ای برخوردار است و نمی توان بیش از حد مورد تأکید قرار گرفت. وجود آب اضافی یا رطوبت در جاده ، بر خصوصیات مهندسی موادی که با آن ساخته شده است تأثیر منفی خواهد گذاشت. خرابی های برش یا پر کردن ، فرسایش سطح جاده و زیرگروه های تضعیف شده و به دنبال آن یک شکست انبوه ، همه محصولات زهکشی ناکافی یا ضعیف طراحی شده است. همانطور که قبلاً گفته شد ، از بسیاری از مشکلات زهکشی در محل و طراحی جاده می توان جلوگیری کرد: طراحی زهکشی مناسب ترین در تراز و برنامه ریزی شیب گنجانده شده است.

ژئومورفولوژی Hillslope و عوامل هیدرولوژیکی ملاحظات مهمی در مکان ، طراحی و ساخت یک جاده است. مورفولوژی شیب بر زهکشی جاده و در نهایت ثبات جاده تأثیر می گذارد. عوامل مهم شکل شیب (یکنواخت ، محدب ، مقعر) ، شیب شیب ، طول شیب ، خصوصیات زهکشی جریان (به عنوان مثال ، بافته ، دندریتیک) ، عمق تا بستر ، خصوصیات بستر (به عنوان مثال ، شکستگی ، سختی ، بستر) و بافت خاک و خاک و خاک و خاک و خاک و خاک ونفوذپذیریشکل شیب (شکل 59) نشانگر غلظت یا پراکندگی آب سطح و زیرسطحی است. دامنه های محدب (به عنوان مثال ، پشته های وسیع) تمایل به پراکندگی آب در هنگام حرکت به سمت پایین دارند. دامنه های مستقیم آب را در دامنه های پایین متمرکز می کنند و به ایجاد فشار هیدرواستاتیک کمک می کنند. دامنه های مقعر به طور معمول دارای سولها و قرعه کشی هستند. آب در این مناطق در پایین ترین نقطه در شیب متمرکز است و بنابراین کمترین مکان مطلوب را برای یک جاده نشان می دهد.

فاکتورهای هیدرولوژیکی که در مکان های پیدا کردن جاده ها در نظر گرفته می شوند ، تعداد عبور از جریان ، شیب جانبی و رژیم رطوبت است. به عنوان مثال ، در پایین ترین نقطه در شیب ، فقط یک یا دو گذرگاه جریان ممکن است مورد نیاز باشد. به همین ترتیب ، دامنه های جانبی به طور کلی به اندازه شیب دار نیستند ، در نتیجه میزان حفاری را کاهش می دهد. با این حال ، پر کردن و الزامات زهکشی های جانبی نیاز به توجه دقیق دارند زیرا آب جمع آوری شده از موقعیت های فوقانی در شیب در موقعیت های پایین متمرکز خواهد شد. به طور کلی ، جاده های ساخته شده در یک سوم فوقانی یک شیب دارای شرایط رطوبت خاک بهتری هستند و بنابراین ، تمایل به ثبات تر از جاده های ساخته شده در موقعیت های پایین تر در شیب دارند.

ویژگی های زهکشی طبیعی یک تپه ، به عنوان یک قاعده ، نباید تغییر کند. به عنوان مثال ، یک شبکه زهکشی در طی طوفان گسترش می یابد تا کوچکترین افسردگی و قرعه کشی به منظور جمع آوری و حمل و نقل رواناب باشد. بنابراین ، یک رودخانه باید در هر قرعه کشی قرار گیرد تا مانع از تمایل طبیعی طوفان نشود. Culverts باید در درجه و مطابق با خط مرکزی کانال قرار گیرد. عدم انجام این کار اغلب منجر به فرسایش بیش از حد خاک های بالا و پایین تر از قسمت زیرین می شود. همچنین ، آوار نمی تواند آزادانه از طریق رودخانه عبور کند که باعث ایجاد وصل شدن و اغلب تخریب کامل منشور جاده می شود. جریان های آب از آب از نگرانی ویژه ای برخوردار هستند (نقطه A ، شکل 60) از آنجا که درک می شود که جریان های قابل اندازه گیری از منطقه جمع آوری رطوبت بالاتر از گذرگاه ها قابل تولید نیستند. با این حال ، تخلیه کمی یا بدون آن در گذرگاه های جاده ای در این مناطق به دلیل ایجاد تورنت های اصلی اسلایدها و زباله ها بدنام است ، به خصوص اگر در شیب های محدب واقع شده باشند.

افزایش خطرات ناشی از خرابی های جاده ای در نقاط A و B. ایجاد می شود. در نقطه A ، آب در بالای جاده پر می شود و یا از پایین آمدن پایین حرکت می کند و از طریق خندق کنار جاده تا نقطه B. حرکت می کند. اگر محل اتصال در جریان 1 جریان ، آب و آوار به نقطه A و از A تا B. جریان یابد از این رو ، رودخانه در B در حال تخلیه از هر سه جریان است. اگر برای حداقل مشخصات طراحی شده باشد ، بعید است که یا خندق یا خندق در B بتواند جریان و بقایای کارآمد را از هر سه جریان و در نتیجه سرریز و خرابی احتمالی جاده در نقطه B انجام دهد.

شکل 59. شکل شیب و تأثیر آن بر هیدرولوژی شیب. شکل شیب تعیین می کند که آیا آب پراکنده یا متمرکز است.(سرویس جنگل ایالات متحده ، 1979).

اگر در طول زندگی طراحی خود مؤثر باشد ، یک سیستم زهکشی جاده باید دو معیار اصلی را برآورده کند:

1. این باید حداقل اختلال در الگوی زهکشی طبیعی را فراهم کند.
2. باید آب سطح و زیرسطحی را به دور از جاده تخلیه کرده و آن را به گونه ای از بین ببرد که مانع از جمع آوری بیش از حد آب در مناطق ناپایدار و فرسایش پایین دست شود.

طراحی سازه های زهکشی مبتنی بر علوم هیدرولوژی و هیدرولیک است-قبلی با وقوع و شکل آب در محیط طبیعی (بارش ، جریان ، رطوبت خاک و غیره) برخورد می کند در حالی که دومی با خصوصیات مهندسی مایعات سروکار دارددر حرکت.

شکل 60. مکان های Culvert و جاده ها الگوهای زهکشی اصلاح شده از جریان های زودگذر 2 و 3 را اصلاح کرده اند. مکان های A و B به سایت های خرابی بالقوه تبدیل می شوند. جریان 3 به دلیل زهکشی ناکافی در A ، مجبور به پذیرش آب بیشتر زیر B می شود.

4. 2 تخمین رواناب

هرگونه نصب زهکشی با توجه به احتمال بروز تخلیه اوج مورد انتظار در طول عمر طراحی نصب اندازه گیری می شود. این البته مربوط به شدت و مدت زمان وقایع بارندگی است که نه تنها در مجاورت مستقیم ساختار ، بلکه در بالادست ساختار نیز رخ می دهد. در مناطق برفی ، تخلیه اوج ممکن است نتیجه یک دوره گرم شدن شدید باشد که باعث ذوب سریع برف می شود.

علاوه بر در نظر گرفتن شدت و مدت زمان اوج بارندگی ، فرکانس یا چند بار که ممکن است حداکثر طراحی پیش بینی شود ، نیز مورد توجه قرار می گیرد و بیشتر اوقات بر اساس عمر جاده ، ترافیک و پیامدهای عدم موفقیت استوار استبشربزرگراه های اولیه اغلب شامل دوره های فرکانس 50 تا 100 سال ، جاده های ثانویه 25 سال و جاده های جنگلی با حجم کم 10 تا 25 سال هستند.

از آب هایی که به شکل باران به زمین می رسد ، برخی از آنها به داخل خاک که تا زمانی که توسط گیاهان گرفته شود یا از طریق منافذ به عنوان جریان زیرسطحی منتقل می شوند ، داخل خاک می شوند ، برخی از آنها به داخل جو تبخیر می شوند و بقیه کمک می کنندبه جریان زمین یا رواناب. جریان جریان از رطوبت خاک ذخیره شده تشکیل شده است که در طول سال با سرعت کم و بیش ثابت در قالب جریان زیرسطحی یا جریان آب زیرزمینی به همراه آب به همراه آب که با سرعت بیشتری به کانال کمک می شود ، با سرعت بیشتری به کانال کمک می کند زیرا شبکه زهکشی در کانال های زودگذر گسترش می یابد تا شامل شود. بارندگی بیش از حد در طی یک رویداد بزرگ طوفان. نسبت بارندگی که سرانجام جریان می یابد به عوامل زیر بستگی دارد:

1. اندازه منطقه زهکشی. هرچه منطقه بزرگتر باشد ، حجم رواناب بیشتر می شود. برای استفاده از فرمول ها و نمودارهای رواناب ، تخمین منطقه حوضه مورد نیاز است.
2. توپوگرافیحجم رواناب به طور کلی با شیب شیب افزایش می یابد. شیب متوسط ، ارتفاع حوضه و جنبه ، اگرچه اغلب در اکثر فرمول ها و نمودارهای رواناب خواسته نشده است ، ممکن است سرنخ های مفیدی در پالایش یک طرح فراهم کند.
3. خاکرواناب با خصوصیات خاک ، به ویژه نفوذپذیری و ظرفیت نفوذ متفاوت است. با توجه به میزان بارندگی مداوم ، میزان نفوذ یک خاک خشک ، به دلیل ماهیت نفوذپذیری ذاتی آن ، با زمان خیس شدن ، به طور پیوسته کاهش می یابد. اگر میزان بارندگی بیشتر از میزان نفوذ نهایی خاک (ظرفیت نفوذ) باشد ، آن مقدار آب که نمی تواند جذب شود در افسردگی های موجود در زمین ذخیره می شود یا از سطح خارج می شود. هر شرایطی که بر خصوصیات نفوذ خاک تأثیر منفی بگذارد ، میزان رواناب را افزایش می دهد. چنین شرایطی ممکن است شامل آبگریز ، تراکم و زمین یخ زده باشد.

تعدادی روش مختلف برای پیش بینی جریان اوج در دسترس است. تجزیه و تحلیل فرکانس سیل دقیق ترین روش استفاده شده در هنگام موجود بودن داده های هیدرولوژیکی کافی است. به عنوان مثال ، بررسی زمین شناسی ایالات متحده معادلات تجربی را منتشر کرده است که تخمین هایی از تخلیه اوج از جریان در بسیاری از مناطق ایالات متحده را بر اساس داده های منطقه ای جمع آوری شده از جریان های "Gaged" ارائه می دهد. در شمال غربی اورگان ، تجزیه و تحلیل فرکانس نشان داده است که تخلیه برای رویداد جریان با فاصله 25 ساله عود با مساحت زهکشی و شدت بارش برای رویداد 2 ساله و 24 ساعته طوفان ارتباط دارد. این تا کنون بهترین وسیله برای برآورد جریان اوج در یک جریان غیرقانونی است زیرا فاصله عود مرتبط با هر رویداد جریان معین را می توان شناسایی کرد و برای ارزیابی احتمال شکست استفاده کرد.

احتمال بروز جریانهای اوج بیش از ظرفیت طراحی یک نصب عبور از جریان پیشنهادی باید در روش طراحی تعیین و مورد استفاده قرار گیرد. برای گنجاندن این اطلاعات در طراحی ، باید خطر عدم موفقیت در طول عمر طراحی مشخص شود. با شناسایی سطح قابل قبول خطر ، مدیر زمین به طور رسمی سطح موفقیت (یا عدم موفقیت) مورد نظر را با ساختارهای زهکشی جاده ای به دست می آورد. در جدول 25 فواصل عود سیل برای نصب در رابطه با عمر طراحی و احتمال خرابی آنها ذکر شده است.

جدول 23. فاصله عود سیل (سالها) در رابطه با زندگی طراحی و احتمال شکست.* (مگان ، 1977).

زندگی طراحی (سالها)