Przepusty drogowe

Przepusty są ważnym elementem dróg praktycznie wszystkich klas technicznych. Mogą być one stosowane w celu umożliwienia sprawnego przepływu cieków wodnych czy wody zgromadzonej w rowach, jako przejścia dla małych i dużych zwierząt, jako przejścia gospodarcze czy przepusty techniczne. Przepusty były budowane pod drogami praktycznie od początku historii drogownictwa, w związku z czym obecnie nadal możemy znaleźć wiele przykładów przepustów o tradycyjnej konstrukcji. Z upływem lat ulegały zmianie stosowane materiały oraz technologie budowy przepustów, dlatego dziś występuje bardzo duże zróżnicowanie ich konstrukcji.

W 1997 r. podjęto próbę zewidencjonowania i oceny stanu technicznego przepustów zlokalizowanych na sieci drogowej w Polsce. Badania dotyczyły głównie przepustów pod drogami krajowymi, gdyż projekt był wdrażany przez ówczesną Generalną Dyrekcję Dróg Publicznych w ramach prac nad Systemem Gospodarki Mostowej. Projekt realizowany był pod kierunkiem prof. Adama Wysokowskiego.

Zewidencjonowano wówczas ponad 37 tys. przepustów, dokonując równocześnie oceny ich stanu technicznego. Stwierdzono wówczas, że duża część tych konstrukcji znajduje się w niezadowalającym stanie, a niektóre z nich wymagają pilnego wzmocnienia.

W artykule omówiono najważniejsze kwestie związane z dostępnymi obecnie na rynku przepustami, dotyczące przepustów drogowych o średnicach do 3 m, czyli takich, jakie są najczęściej budowane na polskich drogach. Oddzielnym problemem, nieporuszanym w niniejszym materiale, jest odpowiednie projektowanie przepustów pełniących funkcję przejść dla zwierząt.

Stan prawny

W aktualnych normach i rozporządzeniach próżno szukać jednej, precyzyjnej definicji przepustu drogowego. Definicje są różne, w zależności od tego, z jakiej normy, rozporządzenia czy też publikacji technicznej się korzysta. Jednocześnie należy zaznaczyć, że inne są definicje dla przepustów drogowych, a inne dla przepustów kolejowych.

Norma PN-S-02 202:1973 (wycofana bez zastąpienia) definiowała przepust jako „budowlę inżynierską mającą nad sobą nasyp i służącą do przeprowadzenia ciągu wodnego, komunikacyjnego lub innych urządzeń pod nasypem linii kolejowej lub drogowej”. Jednocześnie podawała ona, że przepust składa się z obudowy przewodu ograniczonego głowicami – wlotową i wylotową.

Natomiast norma PN-S-02 204:1997 Odwodnienie dróg podaje definicję przepustu jako „obiektu wybudowanego w formie zamkniętej obudowy konstrukcyjnej, służącego do przepływu małych cieków wodnych pod nasypami korpusu drogowego dla ruchu kołowego lub pieszego”.

Z kolei Rozporządzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z 30 maja 2000 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać drogowe obiekty inżynierskie i ich usytuowanie (Dz. U. Nr 60, poz. 735) mówi o przepuście jako „o budowli o przekroju poprzecznym zamkniętym, przeznaczonym do przeprowadzenia cieków, szlaków wędrówek zwierząt dziko żyjących lub urządzeń technicznych przez korpus drogi”.

Jak widać, nie ma jednej konkretnej definicji przepustu drogowego. Jednocześnie warto zauważyć, że nie wszystkie dostępne w normach, rozporządzeniach i publikacjach definicje uwzględniają przepust jako obiekt budowany w celu umożliwienia wędrówki zwierząt. Przepusty tego rodzaju, nazywane coraz częściej „ekologicznymi”, budowane są – jak na razie – głównie na drogach wyższych klas, choć zdarzają się przypadki budowy przejść dla zwierząt również na drogach o znaczeniu lokalnym.

Dodatkowo niektóre źródła podają w definicji przepustów drogowych ich minimalne wymiary. Przeważnie uznaje się, że minimalna średnica przepustów rurowych powinna wynosić 60 cm lub minimalny wymiar w świetle (poziomy lub pionowy) nie powinien być mniejszy nić 60 cm.

W przypadku przepustów drogowych podstawowym dokumentem dla projektanta jest wspomniane wcześniej rozporządzenie z 30 maja 2000 r., podające również metody obliczania światła mostów i przepustów (załącznik nr 1 do rozporządzenia).

Przegląd konstrukcji istniejących przepustów

Wiele z istniejących na sieci drogowej przepustów zostało wybudowanych kilkadziesiąt lat temu. Z tego względu dają one przegląd praktycznie dostępnych na przestrzeni lat materiałów w budownictwie.

Tradycyjne przepusty wykonywane były jako przepusty kamienne i ceglane. W niektórych krajach Europy (Włochy, Hiszpania, Portugalia, Francja) konstrukcje murowane nadal są popularne, ze względu na ich trwałość i aspekty architektoniczne. Przeważnie są to przepusty kamienne sklepione. Większość przepustów o takiej konstrukcji została wybudowana w XIX oraz na początku XX w. Dalszy rozwój technologii doprowadził do coraz częstszego budowania przepustów ceglano-betonowych oraz o konstrukcji żelbetowej. W przypadku przepustów z betonu zbrojonego najczęściej stosowane są przekroje kołowe oraz ramowe. Tego typu konstrukcje stosowane są także obecnie, jednakże znacząco udoskonalono proces ich produkcji oraz rodzaj i jakość zbrojenia.

Obecnie najczęściej stosowane są konstrukcje z tworzyw sztucznych – z uwagi na ich mniejszy ciężar w porównaniu do konstrukcji betonowych. W przepustach tych istotną rolę odgrywa odpowiednio dobrana i wykonana zasypka gruntowa, współpracująca z rurą przepustu. Współpraca ta jest możliwa dzięki sprężystości rur osłonowych.

Tradycyjne przepusty stalowe stosowane były stosunkowo rzadko. W pierwszym okresie do ich konstrukcji wykorzystywano głównie gładkie, grubościenne stalowe rury osłonowe. Jednak już w 1896 r. w Stanach Zjednoczonych opatentowano nowszą technologię stalowych rur osłonowych w postaci rur karbowanych, uzyskując znacznie większe nośności tak skonstruowanych przepustów. Technologia ta rozpowszechniła się następnie w Związku Radzieckim, szczególnie w drugiej połowie XX w., m.in. na Syberii – do Polski trafiła dopiero w ostatnim okresie i jest obecnie coraz częściej stosowana.

Również sam proces budowy przepustów kilkadziesiąt lat temu był zupełnie inny niż dzisiaj. Przede wszystkim w dużo mniejszym zakresie stosowano mechanizację prac – dlatego też taką popularność zdobyły przepusty kamienne i ceglane. Ze względu na ręczne wykonywanie prac oraz szalowanie na miejscu przepusty, również betonowe, przeważnie miały małe rozpiętości oraz przekroje poprzeczne.

Od kilkunastu lat coraz powszechniejsze są przepusty wykonywane z blachy falistej (stalowej lub aluminiowej), przepusty betonowe (o udoskonalonej technologii produkcji, w tym z polimerobetonu), kamionkowe oraz z tworzyw sztucznych (PEHD, PP, GRP itp.). Na zdjęciach 1–8 przedstawiono przykłady różnego rodzaju przepustów występujących na polskich drogach. Obecnie najczęściej stosowane są konstrukcje z tworzyw sztucznych – z uwagi na ich mniejszy ciężar w porównaniu do konstrukcji betonowych. W przepustach tych istotną rolę odgrywa odpowiednio dobrana i wykonana zasypka gruntowa, współpracująca z rurą przepustu. Współpraca ta jest możliwa dzięki sprężystości rur osłonowych.

Konstrukcje nowoczesnych przepustów mogą być otwarte dołem i osadzone na fundamentach lub zamknięte. Na rys. 1 przedstawiono najczęściej stosowane przekroje poprzeczne dostępnych na rynku przepustów drogowych. Od dawna inżynierowie starają się znaleźć kształt przepustu umożliwiający zapewnienie dobrych parametrów hydraulicznych przy jednoczesnym zachowaniu odpowiednich wymagań wytrzymałościowych. Te dwie cechy mają przepusty o kształcie eliptycznym oraz, coraz powszechniej stosowane, o kształcie gardzielowym.

W nowoczesnych przepustach drogowych, wykonywanych z tworzyw sztucznych (GRP, PEHD, PP) oraz z blachy falistej występuje tzw. zjawisko przesklepienia. Ma ono miejsce, gdy nad konstrukcją rury osłonowej i po jej bokach występuje przemieszczanie się gruntu. Przesklepienie jest zjawiskiem redystrybucji obciążeń powłoki w wyniku powstania naprężeń stycznych, które przeciwstawiają się przemieszczeniom w masie gruntowej.

Konstrukcje z blach falistych, często nazywane konstrukcjami podatnymi, charakteryzują się, w porównaniu do przepustów betonowych (sztywnych), mniejszą sztywnością oraz skłonnością do dużych deformacji. Ze względu na występujące w czasie eksploatacji zjawisko przesklepienia następuje częściowe odciążenie górnej części przepustu i włączenie do współpracy w przenoszeniu obciążeń gruntu otaczającego rurę (tzw. zasypki inżynierskiej).

Dzięki temu zjawisku konstrukcje podatne, zagłębione w gruncie, mają zdolność do przenoszenia dużych obciążeń, większych od tych, jakie by przenosiły, gdyby obciążyć je bezpośrednio, bez obecności gruntu otaczającego.

Charakterystyka stosowanych materiałów

Aktualne normy i rozporządzenia nie określają, z jakich materiałów mają być wykonane rury przepustów drogowych. Daje to projektantom konstrukcji przepustów dużą dowolność wyboru. Warto w tym przypadku uwzględnić również aspekt czasu, niezbędnego do wykonania przepustu. Pod tym względem na uwagę zasługują tworzywa sztuczne. Poniżej omówiono najpopularniejsze w kraju materiały stosowane do produkcji przepustów.

• Konstrukcje betonowe

Przepusty wykonywane z elementów betonowych stosowane są na polskich drogach od kilkudziesięciu lat – z uwagi na ich dużą wytrzymałość i dostępność na rynku. Pierwotnie przepusty były budowane jako monolityczne, wytwarzane na miejscu. Z czasem zaczęto wprowadzać do masowej produkcji elementy prefabrykowane. Przepusty z betonu można stosować pod warunkiem odpowiednich właściwości gruntu i wody, w których przepust ma się znajdować. Dotyczy to przede wszystkim właściwości korozyjnych. W pewnych wypadkach może zajść konieczność dodatkowego zabezpieczenia konstrukcji betonowych przed niszczącym działaniem gruntu i wody.

Istotnymi wadami elementów betonowych, w porównaniu do tworzyw sztucznych, są ich duży ciężar oraz stosunkowo duże opory przepływu.