Земляное полотно иногда теряет свою устойчивость из-за того, что близко от него залегают грунтовые воды. Подземные воды могут увлажнять как грунты, слагающие тело насыпи, так и грунты, лежащие в основании выемки и образующие ее откосы. Чтобы предупредить насыщение водой грунтов земляного полотна, подземные воды перехватывают и отводят в сторону или понижают их горизонт. Для этого вдоль земляного полотна или поперек его устраивают дренажи.
Продольные дренажи в выемках в зависимости от их расположения относительно оси земляного полотна получили названия подкюветных, закюветных, заоткосных и междупутных. Подкюветные дренажи располагают под кюветами, их устраивают как с одной стороны основной площадки, под одним кюветом, так и с обеих сторон ее, под обоими кюветами (рис. 26). Закюветные дренажи располагают несколько дальше от оси земляного полотна — за кюветами. Эти дренажи, так же как и подкюветные, можно устраивать как с одной, так и с обеих сторон выемки.
На двухпутных участках вместо двух дренажей, подкюветных или закюветных, иногда бывает рационально и более экономично построить один дренаж по оси междупутья — междупутный. Подкюветные, закюветные и междупутные дренажи в большинстве случаев устраивают для понижения уровня грунтовых вод.
Заоткосные дренажи, как правило, устраивают в тех случаях, когда выемка расположена на косогоре, из которого в выемку поступает грунтовая вода. Для перехвата этой воды, предупреждения увлажнения основной площадки выемки и деформаций откоса ее устраивают заоткосные дренажи. Если на косогоре отсыпана насыпь и грунтовая вода увлажняет ее основание или даже ее самое, то и вдоль насыпи с нагорной стороны устраивают продольный дренаж, назначение которого заключается в том, чтобы не допустить к насыпи грунтовую воду.
Поперечные дренажи устраивают в местах перехода выемки в насыпь, когда из выемки грунтовая вода может поступить в тело насыпи. Такие дренажи получили название дренажных прорезей-преградителей. Поперечные дренажные прорези можно устраивать и в теле насыпи, например для отвода воды из балластных лож.
Дренаж представляет собой траншею, заполненную дренирующим материалом. Ширина траншеи назначается в зависимости от глубины дренажа; глубина же определяется расчетом на основании гидрогеологических данных. При глубине до 2 м дренаж устраивают шириной от 0,6 до 0,8 м, при большей глубине ширину дренажа принимают от 0,8 до 1,1 м; при глубине более 4 м дренаж делают шириной до 1,5 м. Если рытье траншеи производится механизированным способом, то ее ширина будет зависеть и от возможностей применяемой машины.
Дренирующим материалом для заполнения траншеи может быть крупный песок, гравий, щебень или просеянный шлак. В нижней части дренажа часто укладывают дрену — трубу с отверстиями для поступления в нее воды. Для предохранения дрены от засорения песчаными частицами, которые могут в нее поступать через щели вместе с водой, вокруг дренажной трубы устраивают так называемый обратный фильтр, слоями, сначала из крупного прогрохоченного гравия или щебня, затем из более мелкого гравия или щебня и потом уже из крупнозернистого песка (рис. 27).
Дно дренажа следует углублять в водоупорный слой на 15— 20 см. Если водоупор при рытье траншеи не достигнут, то на дне дренажа укладывают песчаную подушку или подушку из другого дренирующего материала толщиной 10—15 см.
Дренаж должен быть хорошо защищен от попадания в него поверхностной воды. Это достигается заполнением верхней части дренажа на высоту 50—60 см утрамбованным глинистым грунтом. Чтобы глинистый грунт не смешивался с дренирующим заполнителем траншеи, между ними укладывают два слоя дерна, которые могут быть заменены мхом или торфом. На рис. 28 показано в поперечном разрезе устройство закюветного дренажа.
В концевой части дренажа, где он не собирает грунтовую воду, а является лишь водоотводом, трубы, укладываемые по дну дренажа, делают водонепроницаемыми (без отверстий), траншею же забивают местным грунтом.
Дренаж, рассчитанный на работу в течение всего года, должен иметь глубину, большую глубины промерзания. У выхода же на поверхность, где его глубина становится меньше глубины промерзания, должны быть приняты меры по утеплению дренажа посредством отсыпки над ним земляного вала. Такая мера предотвращает замерзание воды в дренаже и его закупорку. С той же целью уклон в этой части дренажа делают более крутым, что увеличивает скорость течения воды.
Рис. 28. Устройство закюветного дренажа: 1 — основание; 2 — дрена; 3 — фильтр; 4 — заполнение песком (h— в зависимости от глубины дренажа); 5 — два слоя дерна; 6 — забивка глинистым грунтом
У выхода из дренажа устраивают открытую канаву с продольным уклоном в 1/10. Такой уклон обеспечивает уход воды от дренажа до того, как она остынет и замерзнет. Дно канавы делают ниже трубы обычно не менее чем на 0,5 м. В отдельных случаях открытая канава на зимнее время на участке, прилегающем к дренажу, покрывается хворостом, мхом, торфом и т. п. Откос у выхода из дренажа укрепляется камнем или подпорной стенкой. Отверстие трубы закрывают сеткой для предохранения от попадания в трубу посторонних предметов.
Дренаж через каждые 50—60 м, а также во всех точках поворота должен иметь смотровые колодцы. Колодцы дают возможность следить за работой дренажа и периодически его прочищать. Для облегчения прочистки в дренажную трубу при устройстве дренажа закладывают проволоку, концы которой выводят в смежные колодцы.
Ил и грязь, оседающие в отстойниках смотровых колодцев, периодически удаляют на поверхность земли. Из дрены же ил удаляют, протаскивая через нее проволоку с «ершом».
Рис. 29. Железобетонный смотровой колодец
Смотровые колодцы устраивают железобетонные (рис. 29), бетонные, каменные, кирпичные и деревянные. По ширине их делают не меньше 1 м в свету (у круглых колодцев — внутренний диаметр). В стенку колодца заделывают скобы, по которым можно опуститься в него для проверки работы дренажа и прочистки. Сверху колодец закрывают крышкой, которую на лето заменяют решеткой. Для предохранения от промерзания в колодце устраивают вторую внутреннюю крышку с утеплением.
Дренажи, глубина которых достигает 6 м и более, часто делают с галереями. Галерею закладывают в основании дренажной траншеи вместо трубы. По высоте галерею делают такой, чтобы пр ней мог пройти человек. Галереи могут быть деревянные, каменные (рис. 30), бетонные и железобетонные. Они создают более удобные условия для наблюдения за работой дренажа и для его ремонта. У выхода из галереи устраивают подпорную стену и водоотводную канаву (рис. 31).
При залегании водоносного слоя на очень большой глубине (10 м и более) вместо дренажа бывает выгодно проложить штольню. Штольня отличается от галереи тем, что дренажную траншею над ней не устраивают. Поэтому штольня собирает воду только из того пласта земли, который она прорезает. Штольни делают деревянные, бетонные и железобетонные.
Рис. 31. Устройство выхода из дренажа с галереей:
1 — водоотводная канава; 2 — подпорная стена; 3 — отепляющий вал
Рис. 30. Каменная галерея
Иногда дренажи располагают вертикально. Это бывает целесообразно, когда под водонепроницаемым слоем находится водопоглощающий, в который и отводится вода. Такие вертикальные дренажи называют водопоглощающими колодцами. Они могут быть сплошь заполнены дренажным материалом, иметь дренажную трубу или быть без заполнителя. В последнем случае часто колодцы делают деревянные квадратного сечения 1,0 X 1,0 м. Такие колодцы называют шахтными.