Выбор и назначение схемы водоотвода автомобильной дороги могут, как значительно уменьшать неблагоприятное влияние гидрологических и гидрогеологических факторов, так и ускорять их отрицательное воздействие на автомобильную дорогу в целом, что указывает на необходимость тщательной проработки всех возможных вариантов систем дорожного водоотвода на стадии проектирования.
Некоторые водоотводные конструкции абсолютно не приемлемы для устройства на откосах насыпей автомобильных дорог, однако случаи строительства этих конструкций и их неудовлетворительного функционирования имели место.
В настоящее время в практике проектирования и строительства автомобильных дорог в России и зарубежных странах существуют следующие схемы организации поверхностного водоотвода.
Схема 1 характеризуется свободным стеканием воды по поверхности проезжей части автомобильной дороги на обочины, далее на откосы и затем в боковые водоотводные канавы (кюветы).
Скорость стекания воды в этом случае определяется параметрами продольных и поперечных уклонов проезжей части и обочин, а также типом и состоянием покрытия проезжей части, регламентированным типовым проектом на дорожные одежды. При этом для защиты от размывов необходимо укреплять откосы земляного полотна и кюветы. Поперечные сечения водоотводных сооружений назначаются на основе результатов гидрологических и гидравлических расчетов.
Различные способы укрепления обочин и откосов земляного полотна автомобильных дорог регламентируются типовыми проектными решениями, требованиями нормативных документов и методическими рекомендациями.
Поверхностный сток, притекающий к подошве откосов земляного полотна, при прохождении автомобильной дороги в насыпи отводится с помощью кюветов, лотков, продольных и поперечных водоотводных канав; в выемке - кюветами или лотками.
Выпуск воды из водоотводных канав, кюветов и лотков в пониженные места рельефа местности допускается при условии, что это не вызовет заболачивания местности и застоя воды у прилегающего земляного полотна.
Как правило, кюветы устраиваются с поперечным сечением трапецеидальной формы, однако в ряде случаев допускается устраивать кюветы треугольного и прямоугольного сечения. Конструкции укреплений водоотводных канав и кюветов должны обеспечивать необходимую прочность, устойчивость всей дорожной конструкции и удобство при содержании в период эксплуатации. Кроме того, укрепление необходимо производить в строгом соответствии с типовыми конструкциями и нормативными требованиями, а также с учетом максимального использования местных материалов и механизмов. В настоящее время применяются типовые конструкции укреплений водоотводных канав щебнем с засевом трав на откосах, сборными бетонными плитами, торкретбетоном, монолитным бетоном, кюветными сборными лотками, бетонными сегментами, асфальтобетонными плитами и песчаным асфальтобетоном, лотками-желобами, железобетонными прямоугольными и рамными лотками
Схема 2 характеризуется свободным стеканием воды по поверхности проезжей части автомобильной дороги к прикромочным водосборным лоткам, располагаемым с обеих сторон проезжей части, далее в открытые откосные водосбросные лотки, располагаемые через определенные расстояния друг от друга, затем в водоотводные укрепленные канавы, в очистные сооружения или на прилегающую территорию.
В соответствии с этой схемой система поверхностного водоотвода на территории России и ряда зарубежных стран включает типовые железобетонные водосборные прикромочные и водосбросные откосные телескопические лотки, а также укрепленные водоотводные канавы. Кроме типовых прикромочных конструкций на автомобильных дорогах применяются водосборные лотки эллипсоидного, круглого, трапецеидального и прямоугольного поперечных сечений.
Схема 3 характеризуется свободным стеканием воды по поверхности проезжей части автомобильной дороги к бордюрам, располагаемым с обеих сторон проезжей части, далее в открытые откосные водосбросные лотки, располагаемые через определенные расстояния друг от друга, затем в водоотводные укрепленные русла, в очистные сооружения, закрытую канализацию или на прилегающую территорию.
Для увеличения скорости отвода воды с поверхности покрытия на автомагистралях, подходах к мостам и путепроводам, а также городских улицах широко применяются подземные ливнестоки с отводом воды за пределы земляного полотна.
Особое внимание при организации поверхностного водоотвода по схемам 2 и 3 необходимо уделять узлам сопряжения прикромочных и откосных сооружений, участкам входа в откосный лоток, водогасителям в концевой части откосных лотков, укреплению нижнего бьефа откосного водосбросного сооружения и участкам его сопряжения с продольными водоотводными канавами, очистными сооружениями и прилегающей территорией.
Одним из основных требований, предъявляемых к автомагистралям, является обязательное разделение встречных потоков движения автомобилей грунтовой или укрепленной полосой, которая не используется для проезда.
Отвод воды с разделительной полосы выпуклого очертания осуществляется за счет поперечных и продольных уклонов. Поверхность выпуклых разделительных полос устраивается по типу основной проезжей части, и зачастую на ней устанавливаются металлические или бетонные барьерные ограждения, сопряженные с краевой укрепленной полосой. На участках виражей автомобильных дорог с выпуклой разделительной полосой поверхностные стоки из прилегающих к ней прикромочных лотков сбрасываются в дождеприемные колодцы и выводятся за пределы земляного полотна.
Поверхность вогнутой разделительной полосы может укрепляться на всю ширину засевом трав, бетонной плиткой или монолитным бетоном либо на основании соответствующих расчетов укрепляется только русло разделительной полосы. Сбор и сброс поверхностных вод с разделительной полосы вогнутого очертания на вираже производится с помощью укрепленных подводящих русл на разделительной полосе, дождеприемных колодцев, водосточных труб под насыпью дороги и выходных русл.
Одним из элементов дорожного водоотвода являются водопропускные трубы, которые подразделяются на определенные группы в зависимости от материала изготовления, формы отверстия, места укладки, форм и типов оголовков.
Водопропускные трубы являются самыми распространенными искусственными сооружениями на автомобильных дорогах и используются для пропуска воды через тело земляного полотна, водообмена пересекаемых дорогой площадей водосбора, биологического и хозяйственного сообщения между разделенными территориями. В случае технико-экономического сравнения трубы и малого моста предпочтение обычно отдается трубе, так как эксплуатационные затраты на ее содержание значительно меньше, чем на содержание малого моста, а земляное полотно и конструкции дорожной одежды при ее прокладке не претерпевают существенных нарушений. Конструкция трубы зависит от расчетного расхода воды, высоты насыпи, нагрузки, несущей способности подстилающих грунтов, глубины промерзания, величины продольного уклона, особенности водотока, периода подтопления, наличия твердого стока.
Водопропускные трубы необходимо устраивать в соответствии с типовыми проектами, выполнять укрепление входных и выходных русл и устраивать гасители. Основное назначение водогасящих устройств состоит в уменьшении на коротком участке кинетической энергии водного потока до размеров, не вызывающих угрозу размывов искусственного водоотводного русла или мест выброса воды на прилегающую территорию.
В районах, где наблюдается паводковое подтопление, необходимо обеспечивать устойчивость подмостовых конусов и водосбросных лотков, расположенных на подмостовых откосах между мостами.
Кроме того, всегда возникает необходимость отвода воды с поверхности автомобильной дороги через укрепляемые откосы подтопляемых насыпей - без устройства откосных лотков либо с откосным лотком. Выбор конструкций водоотводных лотков на откосах подтопляемых насыпей производится с учетом разрушающих воздействий речного потока - судовые и ветровые волны, скорость течения потока вдоль насыпи, размывы подошвы насыпей, ледоход, карчеход. Одно из существенных требований - необходимость устройства откосных лотков и сохранение прочности конструкции укрепления. В концевой части откосных лотков на подтопляемых насыпях устраиваются гасители энергии потока и стенки против размыва паводковыми водами. На высоких пойменных насыпях на неподтопляемых участках откосов допускается применение типовых телескопических лотков с выводом воды из них на укрепленные подтопляемые участки откосов.
С целью снижения объема притока дождевых вод на подтопляемые откосы поверхности регуляционных сооружений придается уклон в сторону неподтопляемого откоса, при использовании грушевидных дамб - во внутреннюю их сторону с последующим отводом воды лотками, расположенными в местах сопряжения откосов дороги и дамбы. На участках высоких насыпей, подходах к мостам и путепроводам, ограниченным двусторонними выемками, сброс поверхностных вод из водоотводных канав и прикромочных лотков производится на низовую сторону. Кроме того, устраиваются закрытые перепуски через дорогу в начале и в конце насыпи, закрытые ливневые сети под прикромочной полосой или обочиной.
При разработке проектов дорожно-мостовых сооружений поверхностные стоки с автомобильных дорог и мостовых переходов не всегда рассматривались и рассматриваются как основной источник загрязнения прилегающей территории и водоемов. Увеличение площади техногенных поверхностей при строительстве автомобильных дорог и мостовых переходов вызывает значительные изменения в гидрологическом режиме и инфильтрационных характеристиках прилегающей территории, что приводит к возрастанию объемов поверхностного стока и степени его загрязненности.