Przepusty drogowe – zagadnienia projektowe i wykonawcze

W pierwszej części artykułu, opublikowanej w czerwcowym numerze „Dróg Gminnych i Powiatowych”, przedstawiono zagadnienia związane w zasadami pracy konstrukcji sztywnych i podatnych oraz różnego rodzaju materiały, stosowane obecnie do produkcji rur dla przepustów drogowych. Druga część artykułu dotyczy zagadnień projektowych oraz wykonawstwa – omówiono je dla dwóch najczęściej stosowanych rodzajów przepustów – betonowych i z tworzyw sztucznych (rury karbowane).

Beton czy tworzywo?

Obecnie w większości przypadków projektanci i inwestorzy decydują się na budowę przepustów drogowych wykonanych z prefabrykowanych elementów betonowych lub gotowych elementów z tworzyw sztucznych (PEHD, CC-GRP itp.). Należy jednak pamiętać, że te dwa rodzaje materiałów w różny sposób pracują w całej konstrukcji drogowej. Elementy betonowe praktycznie nie ulegają żadnym odkształceniom. Natomiast konstrukcje z tworzyw, z uwagi na swoją budowę (karbowana zewnętrzna część rury), umożliwiają współpracę z otaczającym je gruntem przy przenoszeniu obciążeń użytkowych, a jednocześnie materiał pozwala na pewną odkształcalność – bez ryzyka uszkodzenia przepustu.

Autor zaleca raczej projektowanie przepustów o konstrukcji podatnej niż rur betonowych – z uwagi na ich mniejszy ciężar, co ma duże znaczenie w przypadku posadowienia na podłożach słabonośnych (torfy, namuły, tereny bagienne). W takim przypadku budowa przepustu betonowego może w krótkim czasie skończyć się jego znaczącym osiadaniem, co spowoduje zmniejszenie czynnej powierzchni przekroju rury i utrudni sprawny przepływ wody. Ponadto elementy betonowe przeważnie produkowane są o długościach 0,5–1 m, natomiast rury z tworzyw sztucznych w większości przypadków można kupić o długościach nawet do 12 m. Pozwala to na układanie przepustu składającego się tylko z jednego elementu, gdyż długość 12 m często jest wystarczająca dla przepustów pod drogami lokalnymi w niewielkich nasypach czy pod zjazdami. Dłuższe konstrukcje wykonywane są poprzez łączenie elementów o mniejszych długościach. Dodatkowym atutem przepustów z tworzyw sztucznych, np. PEHD, jest możliwość ich fabrycznego ścięcia zgodnie z nachyleniem skarp nasypu, co eliminuje konieczność budowy ścianek czołowych. Należy także zwrócić uwagę na fakt, że ścianki rury betonowej są przeważnie co najmniej kilka razy grubsze w porównaniu do przepustu z tworzywa sztucznego o tej samej średnicy wewnętrznej. Fakt ten może mieć duże znaczenie, gdy projektowana niweleta jezdni czy zjazdu nie gwarantuje nam zachowania wysokiego naziomu nad konstrukcją przepustu.

Nie oznacza to jednak, że należy zupełnie zaniechać budowy przepustów betonowych. Zdarzają się bowiem sytuacje, że bardziej opłacalny dla inwestora będzie wybór rur betonowych niż z tworzyw sztucznych. Należy jednak pamiętać, aby unikać budowy tego typu konstrukcji na gruntach słabonośnych.

Na fot. 1 przedstawiono przykład przepustu żelbetowego ze ściankami czołowymi, wybudowanego na cieku wodnym na podłożu słabonośnym. W miejscu tym torfy i namuły osiągają miąższość ponad 10 m. Na skutek osiadań konstrukcji przepustu oraz całego nasypu drogowego (przepust wybudowany jest pod jezdnią asfaltową) konstrukcja rury i ścianek została znacząco uszkodzona. Pierwotnie przepust gwarantował przekrój przepływu 1,8 m2 – obecnie ponad 70% przekroju rury jest zamulone, co nie pozwala na sprawny przepływ wody w cieku wodnym. W takich przypadkach zaleca się projektowanie wyłącznie konstrukcji podatnych, znacznie lżejszych od elementów prefabrykowanych.

Posadowienie konstrukcji przepustu

W tablicy 1 zaprezentowano typowe metody projektowania posadowienia konstrukcji prefabrykowanych. W każdym przypadku zaleca się wykonywanie ławy betonowej pod końcówki przepustu (pod ścianki czołowe oraz – w zależności od potrzeb – pod jego końcowe segmenty).

Schemat nr 1 przedstawia posadowienie przepustu na ławie betonowej ułożonej na całej długości rury. W takim przypadku ławę należy budować na warstwie z tłucznia (zalecana grubość tłucznia – ok. 20 cm). Rozwiązanie to gwarantuje bardzo dużą sztywność całego przepustu, powinno więc być projektowane w przypadku budowy przepustów o większych średnicach (powyżej 1 m) na słabszych gruntach (przy czym nie należy tutaj gruntów słabszych utożsamiać z gruntami słabonośnymi, takimi jak torfy).

Na gruntach gliniasto-piaszczystych w miejscach suchych oraz na gruntach ilastych można stosować posadowienie na warstwie ubitego tłucznia o grubości ok. 20 cm [1], co przedstawia schemat nr 2.

Na podłożach piaszczysto-pylastych suchych również można stosować posadowienie na podbudowie gliniasto-tłuczniowej, przy założeniu grubości warstwy 30–60 cm oraz zawartości tłucznia kamiennego min. 30–50%, w zależności od dokładnej analizy warunków nośności podłoża. Rozwiązanie takie można stosować, jeżeli mamy do czynienia z sytuacją zalegania wody gruntowej poniżej głębokości przemarzania dla danego obszaru. Omawiane posadowienie prezentuje schemat nr 3.

Przy dobrych warunkach gruntowo-wodnych dopuszcza się posadowienie prefabrykatów bezpośrednio na zagęszczonym podłożu naturalnym. Przy tym rozwiązaniu należy jednak zachować dużą ostrożność i poprzedzić je dokładną analizą odwiertów geologicznych. Można je stosować w sytuacji występowania gruntów nośnych, takich jak grunty żwirowe czy piaski średnio- i gruboziarniste, oraz przy występowaniu glin zwartych i półzwartych. Rozwiązanie to przedstawiono na schemacie nr 4.

Z kolei na rys. 1 przedstawiono przykładową konstrukcję przepustu z elementów prefabrykowanych, posadowionych na warstwie tłucznia o grubości 20 cm. W konstrukcji tej czołowe ścianki żelbetowe mają grubość 30 cm, a zaprojektowano je w taki sposób, aby grunt z powierzchni skarp nie spływał do rowu, bowiem powoduje to jego zamulenie. Dodatkowo zaleca się wykonanie umocnienia skarp przy wlocie i wylocie narzutem kamiennym z zaspoinowaniem. Rozwiązanie takie skutecznie stabilizuje powierzchnię skarpy, a jednocześnie jest estetycznym elementem architektonicznym.

Zasypka żwirowo-piaskowa

W przypadku projektowania przepustów z tworzyw sztucznych nie zaleca się wykonywania zbyt sztywnego fundamentu, dlatego raczej nie należy ich posadawiać na ławach betonowych.