Организация стока поверхностных вод улично-дорожной сети

Аннотация: В данной статье рассмотрены принципы расположения улично-дорожной сети города, исходя из условий поверхностного стока на примере модельного участка. Описана методика проектирования с помощью основного метода красных (проектных) отметок. Проведен практический расчет участка дороги и приведен анализ результатов данного расчета.

Введение

Разработка генеральных планов городов и сельских населенных пунктов должна начинаться с оценки их экономико-географического, социального, производственного, историко-архитектурного и природного потенциала [1]. Система водоотведения автомобильных дорог имеет большое значение в эксплуатации дорожного покрытия. Недостаточное внимание вопросам организации поверхностного водоотвода с проезжей части автомобильных дорог приводит к снижению прочности дорожных одежд, сокращению межремонтных сроков, снижению уровня безопасности и удобства движения транспортных средств и загрязнению окружающей среды, а также затоплению территории. Подтопление – повышение уровня подземных вод и увлажнение грунтов зоны аэрации, приводящие к нарушению хозяйственной деятельности на данной территории. Состав комплекса мероприятий по защите территорий и сооружений от подтопления грунтовыми водами состоит из организации рельефа и организация поверхностного водоотвода [2].

При разработке проектов вертикальной планировки необходимо максимально сохранить сложившийся природный рельеф местности, существующие зеленые насаждения и растительный почвенный покров. Необходимо размещать здания и сооружения, прокладку улиц, проездов, подземных инженерных коммуникаций и прочее при наименьшем объеме земляных работ и возможного баланса перемещаемых масс грунта. Поверхности проектируют, стараясь сохранить генеральный уклон. Иногда некоторые участки приподнимают искусственно. Их планируют с уклонами, превышающими минимально допустимые для водоотвода. Необходимо разрабатывать комплекс мероприятий, обеспечивающих предотвращение затопления и подтопления территорий в зависимости от требований их функционального использования и охраны природной среды [3]. Основными проблемами организации вертикальной планировки территории являются: поверхностное удаление атмосферных ливневых и талых вод и создание нормальных условий строительства дорог. Принципы и приемы вертикальной планировки, а также объемы работ во многом зависят от размеров территории зеленых насаждений, а главное от назначения и использования территории [4]. Организация стока, систематизированный отвод его от зданий, сооружений за пределы населенных мест в целом наряду с вертикальной планировкой представляет одну из наиболее важных задач инженерной подготовки территории [5].

Среднегодовая сумма осадков в Санкт-Петербурге – около 660 мм. Поэтому на сегодняшний день, очень важной является проблема затопления дорог ливневыми водами на территории данного региона. Это обусловлено тем, что при наводнении сильно затрудняется транспортное сообщение, увеличивается износ дорожной одежды, происходит подмывание грунтового основания, что приводит к необходимости дополнительного укрепления откосов дороги для предотвращения дальнейшего разрушения [6].

Важными задачами расположения улиц и дорог города являются организация стока поверхностных дождевых, ливневых и талых вод с городских территорий. Необходимо обеспечить улицы соответствующими минимальными уклонами, выбирая направление стока таким образом, чтобы вся вода выводилась за пределы жилой части. Важную роль здесь играет выбор соответствующей планировки города таким образом, чтобы главная магистраль собирала стоки со всех участков и шла по отношению к городу таким образом, чтобы высотные отметки крайних точек дороги имели как можно большую разность. Располагая дороги также нужно учитывать удобство подъезда к каждому из участков для простоты размещения зданий и прокладки подземных коммуникаций. Вертикальная планировка осуществляется с учетом осушения заболоченных и избыточно увлажненных территорий, орошения недостаточно увлажненных территорий, понижения уровня грунтовых вод, борьбы с селевыми потоками. К вертикальной планировке относятся обвалование и досыпки территории, применяемые для защиты города от затоплений, засыпка оврагов, террасирование склонов, выполняемое для предотвращения оползней и другие. Эффективность работ по вертикальной планировке определяют следующие технико-экономические показатели:

• наименьший объём земляных работ при наибольшей эффективности проектных решений;
• одинаковый объём выемок и насыпей (баланс земляных масс), когда отпадает необходимость в вывозе грунта с планируемой территории или привозе его;
• всемерное сокращение дальности перемещения грунта (транспортного объёма) с участков выемок в насыпи [7].

Немаловажной составляющей проектирования города является придание рельефу архитектурной выразительности. Комплексная оценка решает главные задачи, связанные с выявлением территориальных ресурсов, ограничивающих факторов и оптимальных направлений использования оцениваемой территории.  Характерные индивидуальные особенности естественного ландшафта, всего природного окружения в целом находят свое полноценное отражение в планировке поселений [8].

Методы и объекты исследования

На выбранной территории, рис. 1, рельеф преимущественно равномерно-выпуклый, но на севере населенного пункта располагается лощина, вдоль которой идет магистраль [9].

Рис. 1. Схема расположения дорог в модельном рельефе 

Въезд осуществляется с 3 направлений, а в городе находятся две главные магистрали, которые соединены с жилыми улицами. К каждому участку есть подъезд, как от магистрали, так и от дороги общего пользования. Магистрали должны быть расположены таким образом, чтобы весь сток поверхностных вод происходил в одну точку (перекресток), расположенную ниже основного уровня застройки. Выбранная территория располагается в пределах от 27 до 23,5 м с изменением высоты в 3,5 метра. Ширина проезжей части улиц – 7 м, магистралей – 12 м. Анализируя рельеф местности в населенном пункте согласно методу отметок, можно прийти к выводу, что данный микрорайон относится к среднему типу рельефа II категория – уклон от 4 до 30 ‰.

Метод проектных (красных) отметок применяют при разработке плана организации рельефа местности, являющимся первым этапом высотного решения территории населенного места или отдельного его района. Сущность его заключается в том, что на схеме генерального плана микрорайона, выполненного на геодезической подоснове, отображающей существующий рельеф территории в отметках или горизонталях, в характерных точках наносят красные и чёрные отметки (рис. 2).

Рис. 2. Фрагмент 1. Высотные отметки дорог

Для определения отметки выбранной точки (перекрестка) воспользуемся методом интерполяции (рис. 3). Проводим перпендикуляр горизонталям 24,75 и 24,50. Шаг горизонталей 0,25 м. Находим в масштабе расстояние l от нижней горизонтали до точки и длину перпендикуляра, проходящего через эту точку L.

Рис. 3. Схема определения промежуточных отметок (метод интерполяции)

 

Отметки искомых точек определяем по формуле (1):

,          (1)

где:   H_x – искомая высотная черная отметка точки, м;

H_a – высотная отметка верхней горизонтали, м;

H_b – высотная отметка нижней горизонтали, м;

l – расстояние от нижней горизонтали до искомой точки, м;

L – расстояние между горизонталями, м.

Далее по формуле (1) найдем высотную отметку выбранного перекрестка:

 м,          (2)

Теперь воспользуемся методом проектных (красных) точек. Необходимо найти уклон на отрезке жилой улицы, зная красную отметку первой точки (+24,50) и черную отметку второй точки (+24,64). Из вертикального плана мы знаем, что длина участка 67 метров. Значение выемки или насыпи грунта должно быть близким к нулю для облегчения общестроительных работ, по градостроительным нормам минимально допустимый уклон для благоприятного стока поверхностных вод ~4 ‰ [10].

          (3)

где    H₁ – высотная красная отметка первой точки отрезка, м;

         l₁ – длина отрезка, м.

Далее по формуле (3) найдем уклон данного участка дороги:

,          (4)

где 0,0021 является безразмерной величиной и переводится в промилле со значением 2,1 ‰.

Из полученных результатов видим, что уклон не соответствует нормам водоотведения. Продольные уклоны необходимо стремиться принимать не более 30 ‰ [11]. Далее необходимо обратной задачей найти объем выемки грунта второй высотной точки. Для этого найдем высотную красную отметку второй точки по формуле (3), для того, чтобы выполнялся минимально допустимый уклон ~ –4 ‰ = – 0,004:

          (5)

где    H₂ – высотная красная отметка второй точки.

Далее по формуле (6) найдем красную отметку:

,          (6)

По формуле (7) вычислим минимально необходимую выемку грунта для создания заданного уклона:

,          (7)

Далее по формуле (8) найдем объем выемки грунта:

,          (8)

Условия проектирования продольного профиля улицы можно выразить следующим неравенством (9):

i_min ≥ 0,004,          (9)

где    i_min – минимальный продольный уклон улицы.

Заключение

В данной работе рассмотрен модельный рельеф местности и представлено расположение улично-дорожной сети по условиям водоотведения поверхностного стока. В ходе анализа данного рельефа сделан вывод, что необходимо располагать дороги таким образом, чтобы вода стекала в лощину на юге данного участка, расположенную ниже уровня застройки. Проведено вычисление промежуточных отметок искомых высотных точек перекрестков методом интерполяции по ближайшим горизонталям. Далее для выбранного участка был найден уклон дороги в данном рельефе. Полученный уклон, а именно 2,1 ‰, не соответствовал необходимым нормам и не обеспечивал сток воды в нужную точку. Поэтому необходимо изменить высотную (черную) отметку перекрестка таким образом, чтобы все необходимые условия выполнялись.

По методу красных горизонталей была найдена высотная красная отметка +24,24 м второй точки, исходя из заданного минимального необходимого уклона дороги. Затем была вычислена высота выемки грунта для этой точки. Полученное значение уклона данного участка дороги соответствует требованиям водоотведения и безопасности проезда по жилым улицам, а также оптимальному балансу земляных масс, размер не превышает 0,4 м. Анализируя данный результат можно прийти к выводу, что выбрано верное расположение улично-дорожной сети и направление стока воды в заданной модели, и нет необходимости в искусственном изменении рельефа предыдущего участка.

 

Список литературы

1. СНиП 2.07.01-89. Градостроительство. Планировка и застройка городских и сельских поселений. – Введ. 2011-05-20. – М. : ЦНИИП Градостроительства, 2011.
2. Криулин К. Н. Дренажные системы в ландшафтном и коттеджном строительстве. – Санкт-Петербург : Студия «НП-Принт», 2014. – 128 с.
3. СНиП 2.06.15-85. Инженерная защита территории от затопления и подтопления. – Введ. 1986-07-01. – М. : Госстрой СССР, 1988. – 30 с.
4. Кузнецова И. Н. Вертикальная планировка городских территорий. – М. : Изд-во СибАДИ, 2011. – 97 с.
5. Владимиров В. В., Давидянц Г. Н., Расторгуев О. С., Шафран В. Л. Инженерная подготовка и благоустройство городских территории. – М. : Изд-во Архитектура-С, 2004. – 59 с.
6. Перевозников Б. Ф. Автомобильные дороги откосно-прибрежные укрепления автомобильных дорог. – М. : Изд-во Информавтодор, 1993. – 54 с.
7. Карпик А. П., Горобцов А. В., Лифашина Г. В. Составление проекта вертикальной планировки городской территории. – М. : Изд-ва СГГА, 2006. – 59 с.
8. Филимоненко Л. А. Инженерное благоустройство городских территорий и транспорт. – Челябинск : Издательство ЮУрГУ, 2006. – 59 с.
9. Леонтович В. В. Вертикальная планировка городских территорий. – М. : Высшая школа, 1985. – 117 с.
10. Евтушенко М. Г., Гуревич Л. В., Шафран В. Л. Инженерная подготовка территорий населенных мест. – М. : Стройиздат, 1982. – 201 с.
11. Булдаков С. И. Проектирование основных элементов автомобильных дорог. – Екатеринбург, 2011. – 275 с.

 

Материал поступил в редакцию 23.06.2017
© Сидоров А. Д., Ромашкин И. С., Демидов М. О., 2017