Г л а в а V. водостічні-дренажної системи
Аеродромні покриття, що сприймають навантаження від повітряних суден
завжди розраховуються на самі несприятливі умови залягання грунтового
підстави, які, як правило, виникають в період весняного відтавання
грунтів і відповідного зниження їх несучої здатності через
перезволоження. Однак таке зниження не повинно викликати граничне, тобто
поточний стан грунту. Іноді можна спостерігати, як з деформаційних швів або тріщин (при проходженні повітряного судна на великій швидкості, наприклад при зльоті) фонтаном б'є пульпа - суміш ґрунту і води.
Це свідчить про погану роботу водостічної-дренажної системи.
Перезволоження грунтової основи може статися з трьох причин. Перша - просочування дощової або талої води через погано загерметизовані деформаційні шви або иезакладені тріщини, друга - капілярний підняття рівня грунтових під і третя - утворення конденсату на нижній поверхні покриття, наприклад, бетонних плит.
Для того, щоб виключити перезволоження грунтової основи, а також грунтових ділянок аеродрому влаштовують водостічної-дренажну систему. Ця ж система використовується для відводу і подальшого скидання у водойми талої, дощової води з поверхні всіх елементів аеродрому.
У зонах надлишкового перезволоження зазвичай з верхової сторони влаштовують канави або лотки. По дну лотків розміщують тальвежние колодязі, які з'єднуються з водостічних колектором для скидання води за межі аеродрому.
Для пристрою водостічної-дренажної системи, як правило, використовуються три принципові схеми.
Перша схема (ріс.V.1, схема 1) використовувана в зонах надлишкового та змінного зволоження ґрунтів, схильних до пученію включає відкриті лотки з дощоприймачі, тальвежние колодязі, закромочние дрени, грунтові лотки.
Дощова або тала вода з покриттів надходить у відкриті лотки (ріс.V.2). У цих літаках приблизно через 100. 150 м (в залежності від місцевих кліматичних умов) влаштовують дощеприймальні колодязі. Вода стікає в ці колодязі і потім по пропускних трубах надходить в колектор, наявний
Мал. V.1. Схеми водовідвідних та дренажних систем аеродромних покриттів:
1 - тальвежний колодязь; 2 - грунтовий лоток; 3 - вимощення;
4 - покриття; 5 - лоток в кромці покриттів; 6 - оглядовий колодязь;
7 - підстава з дренирующим шаром; 8 - дощеприймальними колодязь;
9 - перепуск; 10 - колектор; 11 - закромочная дрена; 12 - підстава без дренирующего шару.
Мал. V.2. Конструкція відкритого лотка 1 - покриття; 2 - підстава; 3 - вимощення;
4 - закромочная дрена.
вздовж крайок покриття на невеликому (близько 10. 15 м) відстані від останніх. Для проведення робіт з експлуатаційного догляду та ремонту труб по довжині колектора розміщують оглядові колодязі. Вода з колектора відводиться, після відповідного очищення, в природні водоприймачі - річки, озера і т.д.
Вода з підстави покриття з дренирующим шаром (рис. V.1, II) надходить в закромочние дрени, які влаштовують уздовж низових кромок покриття при односхилому профілі і вздовж обох країв - при двосхилим. Закромочние дрени примикають до оглядових колодязів колекторів.
Друга схема в технічній літературі рекомендується для нешироких покриттів в зонах надлишкового або змінного зволоження. Як видно з ріс.V.1, III в одному з варіантів цієї схеми відсутні закромочние дрени.
В цьому випадку дренажний шар буде акумулювати воду, а в понижених місцях поздовжнього профілю (наприклад ВПП) може спостерігатися перезволоження грунтової основи, яке призведе до фонтанування пульпи, про що говорилося на самому початку цього параграфа. Тому вважається недоцільним влаштовувати водостічної-дренажну систему у відповідність з цією (другий) схемою без закромочних дрен.
Третя схема використовується для аеродромів в посушливих зонах, а також в місцях з піщаними добре дренуючими ґрунтами. У цих випадках водовідвідну систему не влаштовують.
Вибір схеми водостічної-дренажної системи залежить від рельєфу місцевості, ґрунтових і гідрогеологічних умов на аеродромі.
Крім штучних покриттів водостічної-дренажні системи влаштовують і на грунтових елементах аеродрому. При цьому застосовують різні споруди, в тому числі нагірні канави і дамби. Нагорні канави влаштовують для перехоплення поверхневих талих і дощових вод, що надходять до території аеродрому з прилеглих вищерозташованих ділянок місцевості.
За нагорним канавах, вода відводиться в найближчі водойми, яри або низини.
Дамби споруджуються для захисту території аеродрому від затоплення при підйомі води в найближчих річках, озерах.
Основні конструктивні елементи водостічної-дренажних систем Відкриті та закриті лотки.
Мінімальний поздовжній ухил лотка - 0,0025. При ухилах менше 0,0025 влаштовують закриті лотки коробчатого перетину з окремих елементів, наприклад таких, які показані на рис. V.3 з пилкоподібним профілем.
Дощеприймальні, тальвежние і оглядові колодязі.
Дощеприймальні колодязі, як правило, влаштовують із залізобетонних елементів заводського виготовлення. Однак в деяких випадках вони можуть мати монолітну конструкцію, виконану з залізобетону (ріс.V.4). Кришки гратчастого типу і опорні рами дощоприймачів виготовляються зі сталі.
Днище встановлюють на піщану або шлакову подушку. Вода з колодязів скидається в колектор по перепускний трубі.
Тальвежние колодязі схожі на дощеприймальні, але мають деякі відмінності. Колодязі встановлюють так, щоб кришки гратчастого типу розташовувалися нижче, приблизно на 10 см навколишнього грунтовій поверхні з воронкоподібним сполученням з щебеню просоченого бітумом.
Оглядові колодязі мають дещо більші розміри в порівнянні з дощеприймальними і тальвежнимі колодязями, тому що вони використовуються для прочищення та ремонту водостічної системи. Внутрішній габарит колодязів повинен бути не менше 0,7 м. Оглядові колодязі обладнуються відстійниками. Відстань між оглядовими колодязями залежить від діаметра труб ділянки колектора і становить від 50 до 150 м. Бльше значення відноситься до труб діаметр яких перевищує 600 мм.
На рухливих грунтах в зимовий період колодязі всіх типів можуть змінювати своє висотне положення внаслідок пученія грунту при промерзанні.
Мал. V.3. Елемент закритого лотка
Мал. V.4. Конструкція дощоприймального колодязя:
1 - просмолена пенька; 2 - перепуск; 3 - бітумна мастика; 4 і 8 - піщано-бітумний килимок; 5 - грунт (для здимаються гідрофобний грунт); 6 - цементний розчин; 7 - шлаковая подушка; 6 - опорна рама.
Для того, що б виключити смерзания грунту і бічних стінок колодязів пазухи між цими стінками і котлованом заповнюють грунтом, обробленим гідрофобним матеріалом. Після такої обробки грунт практично не змочується водою і, тому не відбувається його змерзання зі стінками колодязів.
На тих ґрунтових ділянках аеродрому, де є ймовірність руху повітряних суден (наприклад, при невдалій посадці літака через занадто великого відхилення від осьової лінії ЗПС) навколо кришок колодязів влаштовують щебеневу або інше покриття, частково заглиблене в грунт. Таке покриття дозволяє уникнути руйнування опорних та інших конструкцій повітряних суден при контакті коліс рухаються по грунту.
Закромочние дрени (рис. V.5).
Для збору і відводу надлишкової води з дренуючого шару покриття влаштовують закромочние дрени. Ці дрени представляють собою траншеї, які заповнюють матеріалом, що фільтрує, наприклад грубозернистим піском, піщано-гравійної сумішшю і т.д. На дні траншеї розміщують труби діаметром 0,08-0,15 м з перфорацією, які обгортають геотекстилем. Дрени за допомогою труб - перепусків з'єднують з оглядовими колодязями колектора.
Як випливає з малюнка V.5 фільтруюча засипка закромочних дрен змикається з дренажним шаром покриття.
Для відведення води з тальвежних, дощоприймальних колодязів, закромочних дрен влаштовують підземний трубопровід, який укладається на 0,2. 0,3 м нижче глибини промерзання в конкретній місцевості розташування аеродрому.
Для колекторів використовують труби, внутрішній діаметр яких в залежності від гідравлічного витрати змінюється від 0,2 до 0,5 м. Іноді використовують труби бльшего діаметра.
Елементи водостічної системи аеродрому розраховують згідно із законами гідравліки.
Труби підбирають таким чином, щоб вони будучи заглибленими в грунт витримували розрахункове навантаження від коліс повітряних суден. Труби укладаються в траншеї на підставу у вигляді жолоба (рис. V.6), що охоплює трубу на чверть її зовнішнього діаметра.
Вивчення кліматичних умов місцевості.
Основним параметром, який визначається в розрахунках є обсяг припливу дощових талих вод.
У розрахунках використовується, можна сказати, головний показник - інтенсивність дощу. Помічено, що чим більш інтенсивний дощ, тим тривалість його менше. Цей показник визначено (на основі статистики) для всієї території нашої країни і країн СНД.
У районах з великою кількістю снігу все елементи водостічної системи перевіряють гідравлічним розрахунком на пропуск весняних талих вод.
Боротьба з гідрогліссірованіем на ЗПС
Одним з найбільш серйозних і потенційно небезпечних явищ під час дощу вважається гідрогліссірованіе шасі на ЗПС, що в ряді випадків було причиною авіаційних подій.
Спроба вирішити проблему гідрогліссірованія привела до розробки нових типів покриттів ВПП з особливою структурою поверхні і поліпшеними характеристиками дренажу. Як показав досвід, ці форми обробки поверхні не тільки успішно звели до мінімуму небезпеку ковзання, а й значно підвищили ефективність гальмування за рахунок поліпшення зчеплення коліс повітряних суден і покриття на ЗПС, зволоженою або залитої водою поверхні.
Як правило, на окремих ВПП незалежно від типу покриття і конфігурації поверхні в сухому і чистому стані забезпечуються необхідні характеристики зчеплення з незначними з експлуатаційної точки зору відмінностями в рівнях зчеплення. Крім того, наявні рівні зчеплення відносно незалежні від швидкості повітряного судна, тому експлуатація ВС на сухих поверхнях ВПП в достатній мірі відповідає вимогам.
Однак, в тих випадках, коли ВПП має будь-яку ступінь вологості (тобто від зволоженою до залитої водою), становище змінюється. У цих умовах рівні зчеплення на окремих ділянках ЗПС в значній мірі знижуються в порівнянні з цими величинами в сухих умовах і в результаті з'являються існують суттєві розбіжності між ступенями зчеплення на різних поверхнях. Ці розбіжності виникають внаслідок відмінностей в типі покриттів, формі обробки поверхні і характеристик дренажу. Погіршення зчеплення (що особливо помітно при експлуатації повітряного судна на великих швидкостях) може серйозно вплинути на безпеку польотів.
Типовим випадком є зменшення зчеплення в умовах, коли ВПП мокра, і зменшення зчеплення в міру зростання швидкості повітряного судна пояснюється спільним впливом в'язкості і динамічного тиску, якому піддається пневматик. Такий тиск викликає часткову втрату контакту, і ця втрата контакту збільшується в міру зростання швидкості.
Існують умови для гідрогліссірованія, коли практично повністю втрачається контакт колеса і покриття. Швидкість руху, при якій виникає ефект гідрогліссірованія (V) визначається за такою простою формулою V 17,3 P (м / с) (V-1) де Р - тиск в пневматику колеса (бар або кг / см2).
Зазвичай ефект гідрогліссірованія виникає при товщині шару води більше 2 мм і може зберігатися при шарі води до 0,6 мм.
Мокра ВПП є серйозною небезпекою і потенційну загрозу при виробництві польотів.
З огляду на викладені вище міркування покриття ЗПС слід конструювати і обслуговувати таким чином, щоб забезпечити наявність такої поверхні ЗПС, яка належним чином відповідала б всім функціональним вимогам в будь-який час протягом усього передбачуваного терміну використання покриття.
Забезпечення належного зчеплення на мокрій ВПП тісно пов'язане з характеристиками дренажу поверхні ЗПС. У свою чергу дренаж залежить від кількості випадає в місцевих умовах опадів. Тому вимоги до дренажу залежать від місцевих умов і вони в основному визначають необхідні витрати.
Проблема зчеплення на поверхні ЗПС, покритої водою, може тлумачитися як загальна проблема дренажу. Він має на меті максимального зменшення товщини шару води на поверхні, особливо, в зоні колії колеса.
Метою дренажу є відведення води з ВПП по найкоротшому шляху, і особливо із зони колії колеса. Належне дренування поверхні забезпечується, в основному, відповідним ухилом поверхні (як в поздовжньому, так і в поперечному напрямках) і шорсткістю поверхні. Дренаж можна додатково поліпшити шляхом спеціальної обробки поверхні, такий, наприклад, як нанесення близько розташованих поперечних канавок або шляхом відведення води спочатку через пори спеціально обробленого шару (пористий шар).
Ефективність дренування покриттів сучасних типів можна визначити з того факту, що поверхні навіть після дуже сильної зливи виглядають тільки як дуже вологі.
Однак слід віддавати собі повний звіт у тому, що спеціальна обробка поверхні не допоможе, якщо ЗПС має погану форму внаслідок неправильно спроектованих ухилів або нерівності. Це може з'явитися важливим міркуванням при прийнятті рішення щодо найбільш ефективного методу поліпшення характеристик зчеплення на наявної поверхні ЗПС в умовах випадання опадів.
Порівняємо структури поверхонь покриттів застосовуються при будівництві ЗПС. Авіаційні покришки мають ряд периферичних канавок, які в невеликому ступені сприяють дренажу зони взаємодії. Їх ефективність швидко зменшується в міру зносу пневматика.
На поверхнях з бетонним покриттям необхідна макроструктура може бути створена шляхом обробки під час будівництва бетонної поверхні дротяною щіткою в поперечному напрямку в той час, коли поверхня знаходиться ще в пластичному стані, або шляхом нанесення близько розташованих поперечних рифлень.
Макро і мікроструктура поверхні є важливими елементами в створенні зчеплення на покритті. Вони повинні створюватися належним чином для забезпечення прийнятних характеристик зчеплення в різних умовах вологості.
Основна проблема мікроструктури полягає в тому, що вона може змінюватися протягом коротких періодів часу (на противагу макроструктуру), і це буває важко визначити. Типовим прикладом служить скупчення залишків гуми в зоні дотику пневматиків повітряного судна, які в значній мірі приховують мікроструктуру. В результаті цього рівень зчеплення на мокрій ВПП може значно знизитися. Якщо встановлено, що погане зчеплення на мокрій ВПП викликано погіршенням мікроструктури поверхні, то може бути виконано рифлення поверхні, яке проводиться поперек ВПП. При цьому канавки перетинають ВПП у вигляді прямих уриваються ліній. Для рифлення використовується машина з дисками або різцями ударної дії. Зазвичай рифлення виконується у вигляді канавок шириною і глибиною 3-6 мм з відстанню між центрами сусідніх канавок приблизно 25-30 мм (рис. V.7).