Przepust - Culvert

Kamienny przepust w Haapsalu , Estonia
Stalowy przepust, a poniżej brodzik
Montaż wielu przepustów we Włoszech
Przepusty skrzynkowe betonowe .
Przepust skrzynkowy duży. Przepust rzeki Monterroso

Przepust jest struktura kanałów wodnych obok przeszkody lub kanał podziemnego wodnej. Przepust, zwykle osadzony tak, aby był otoczony gruntem, może być wykonany z rury , żelbetu lub innego materiału. W Wielkiej Brytanii słowo to może być również używane w odniesieniu do dłuższego sztucznie zakopanego cieku wodnego .

Przepusty są powszechnie stosowane zarówno jako odwodnienia poprzeczne do odwadniania rowów przy drodze, jak i do odprowadzania wody pod drogą przy naturalnych odwodnieniach i skrzyżowaniach z ciekami. Kiedy znajdują się pod drogami, często są puste. Przepust może być również konstrukcją podobną do mostu, zaprojektowaną tak, aby umożliwić ruch pojazdów lub pieszych nad drogą wodną, ​​umożliwiając jednocześnie odpowiednie przejście dla wody.

Przepusty występują w wielu rozmiarach i kształtach, w tym konstrukcjach okrągłych, eliptycznych, płaskodennych, otwartych, gruszkowatych i skrzynkowych. Wybór typu i kształtu przepustu opiera się na wielu czynnikach, w tym wymaganiach dotyczących wydajności hydraulicznej, ograniczeniach wysokości powierzchni wody w górnym biegu rzeki oraz wysokości nasypu jezdni.

Proces usuwania przepustów w celu przywrócenia cieku wodnego na świeżym powietrzu jest znany jako światło dzienne . W Wielkiej Brytanii praktyka ta jest również znana jako dekulwertowanie.

Materiały

Stalowy przepust falisty ze spadkiem na końcu wydechu, Northern Vermont

Przepusty mogą być wykonane z różnych materiałów, w tym betonu wylewanego na miejscu lub prefabrykowanego (zbrojonego lub niezbrojonego ), stali ocynkowanej , aluminium lub tworzywa sztucznego (zwykle polietylenu o dużej gęstości ). Dwa lub więcej materiałów można połączyć, tworząc struktury kompozytowe . Na przykład konstrukcje stalowe faliste z otwartym dnem są często budowane na fundamentach betonowych.

Projektowanie i inżynieria

Przepust pod Wisłą rzeki wałów i ulica w Warszawie .

Budowa lub instalacja w miejscu przepustu na ogół prowadzi do naruszenia gleby, brzegów lub koryta strumienia i może skutkować wystąpieniem niepożądanych problemów, takich jak przeczyszczenia lub osuwanie się brzegów sąsiadujących z konstrukcją przepustu.

Przepusty muszą być odpowiednio zwymiarowane i zainstalowane oraz zabezpieczone przed erozją i podmyciem. Wiele agencji amerykańskich, takich jak Federal Highway Administration , Bureau of Land Management oraz Environmental Protection Agency , a także władze stanowe lub lokalne, wymaga, aby przepusty były projektowane i konstruowane zgodnie z określonymi federalnymi, stanowymi lub lokalnymi przepisami i wytycznymi w celu zapewnienia właściwego funkcji i ochrony przed awariami przepustów.

Przepusty są klasyfikowane według norm ze względu na ich nośność, przepływ wody, żywotność oraz wymagania instalacyjne dotyczące podsypki i zasypki. Większość agencji przestrzega tych standardów podczas projektowania, inżynierii i określania przepustów.

Awarie

Awarie przepustów mogą wystąpić z wielu różnych przyczyn, w tym awarii konserwacyjnych, środowiskowych i związanych z instalacją, awarii funkcjonalnych lub procesowych związanych z przepustowością i objętością, powodujących erozję gleby wokół nich lub pod nimi, a także awarii strukturalnych lub materiałowych, które powodują zawodzą z powodu zapadnięcia się lub korozji materiałów, z których są wykonane.

Jeśli awaria jest nagła i katastrofalna, może spowodować obrażenia lub utratę życia. Nagłe zawalenia dróg są często wynikiem źle zaprojektowanych i zaprojektowanych miejsc przejścia przez przepusty lub nieoczekiwane zmiany w otaczającym środowisku powodują przekroczenie parametrów projektowych. Woda przechodząca przez niewymiarowe przepusty z czasem zmyje otaczającą glebę. Może to spowodować nagłą awarię podczas opadów średniej wielkości. Wypadki spowodowane awarią przepustu mogą również wystąpić, jeśli przepust nie został odpowiednio dobrany, a powódź go przytłoczy lub zakłóci ruch drogowy lub kolejowy nad nim.

Ciągłe funkcjonowanie przepustu bez awarii zależy od odpowiedniego projektu i rozważań inżynierskich dotyczących obciążenia, przepływu hydraulicznego, analizy otaczającego gruntu, zagęszczenia zasypki i podsypki oraz ochrony przed erozją. Niewłaściwie zaprojektowana podpora zasypki wokół przepustów może spowodować zawalenie się materiału lub awarię z powodu nieodpowiedniego podparcia ładunku.

W przypadku istniejących przepustów, które uległy degradacji, utracie integralności strukturalnej lub które wymagają spełnienia nowych przepisów lub norm, preferowana może być renowacja przy użyciu rury reline zamiast wymiany. Wymiarowanie przepustu reline wykorzystuje te same kryteria projektowe przepływu hydraulicznego, co w przypadku nowego przepustu, jednak ponieważ przepust reliniowy ma być wprowadzony do istniejącego przepustu lub rury macierzystej, instalacja reline wymaga cementowania przestrzeni pierścieniowej między rurą macierzystą a powierzchni rury reline (zazwyczaj przy użyciu zaprawy o niskiej wytrzymałości na ściskanie ), aby zapobiec lub zmniejszyć przesiąkanie i migrację gleby. Fugowanie służy również jako środek do ustanowienia połączenia strukturalnego między wykładziną, rurą macierzystą i gruntem. W zależności od rozmiaru i przestrzeni pierścieniowej do wypełnienia, a także wysokości rury między wlotem a wylotem, może być konieczne wykonanie iniekcji w kilku etapach lub „podnoszenie”. Jeśli wymagane jest wielokrotne podnoszenie, wymagany jest plan fugowania, który określa rozmieszczenie rurek doprowadzających zaprawę, rurek powietrznych, rodzaj zaprawy, która ma być użyta, a jeśli wstrzykiwanie lub pompowanie zaprawy to wymagane rozwinięte ciśnienie dla wtrysku. Ponieważ średnica rury reline będzie mniejsza niż rury macierzystej, przekrój przepływu będzie mniejszy. Wybierając rurę reline o bardzo gładkiej powierzchni wewnętrznej, o przybliżonym współczynniku tarcia Hazena-Williamsa, C, o wartości między 140-150, można skompensować zmniejszoną powierzchnię przepływu i potencjalnie zwiększyć natężenie przepływu hydraulicznego poprzez zmniejszenie oporu przepływu powierzchniowego . Przykładami materiałów na rury o wysokich współczynnikach C są polietylen o dużej gęstości (150) i polichlorek winylu (140).

Oddziaływania na środowisko

Przepust ten ma naturalną powierzchnię dna, łączącą siedliska dzikich zwierząt.

Bezpieczne i stabilne przeprawy przez strumienie mogą pomieścić dzikie zwierzęta i chronić zdrowie strumienia, jednocześnie redukując kosztowną erozję i uszkodzenia strukturalne. Niewymiarowe i źle umieszczone przepusty mogą powodować problemy z jakością wody i organizmami wodnymi. Źle zaprojektowane przepusty mogą pogorszyć jakość wody poprzez podmycie i erozję, a także ograniczyć przemieszczanie się organizmów wodnych między siedliskami w górnym i dolnym biegu rzeki. Ryby są częstą ofiarą utraty siedlisk z powodu źle zaprojektowanych konstrukcji przejść.

Przepusty, które zapewniają odpowiednie przejście organizmów wodnych, zmniejszają utrudnienia w przemieszczaniu się ryb, dzikich zwierząt i innych organizmów wodnych, które wymagają przejścia w strumieniu. Źle zaprojektowane przepusty są również bardziej podatne na zapychanie się osadami i gruzami podczas opadów deszczu o średniej i dużej skali. Jeżeli przepust nie przepuszcza objętości wody w potoku, to woda może przelać się z nasypu drogowego. Może to spowodować znaczną erozję, ostatecznie wypłukując przepust. Wymywany materiał nasypu może zatykać inne struktury znajdujące się w dole rzeki, powodując również ich uszkodzenie. Może również uszkadzać uprawy i mienie. Odpowiednio dobrana konstrukcja i twarde opancerzenie brzegów mogą pomóc złagodzić tę presję.

Wymiana przepustu kompatybilnego z przejściem dla organizmów wodnych we Franklin, Vermont, tuż powyżej jeziora Carmi

Zastąpienie stylu przepustu jest powszechną praktyką w przywracaniu strumienia. Długofalowe korzyści płynące z tej praktyki obejmują zmniejszenie ryzyka katastrofalnej awarii i lepsze przejście ryb. Jeśli przestrzegane są najlepsze praktyki zarządzania, krótkoterminowy wpływ na biologię wodną jest minimalny.

Przejście dla ryb

Dalsze informacje: drabinka rybna

Chociaż wydajność przepustu wynika z uwarunkowań hydrologicznych i hydrotechnicznych, często skutkuje to dużymi prędkościami w beczce, tworząc możliwą barierę dla przepływu ryb. Krytycznymi parametrami przepustu z punktu widzenia przepływu ryb są wymiary beczki, w szczególności jej długość, kształt przekroju oraz nachylenie inwertu. Reakcja behawioralna gatunków ryb na wymiary przepustu, warunki oświetleniowe i turbulencje przepływu może odgrywać rolę w ich zdolności do pływania i szybkości przejścia przez przepust. Nie ma prostych środków technicznych pozwalających na ustalenie charakterystyk turbulencji najbardziej istotnych dla przejścia ryb w przepustach, ale zrozumiałe jest, że turbulencja przepływu odgrywa kluczową rolę w zachowaniu ryb. Interakcje między pływającymi rybami a strukturami wirowymi obejmują szeroki zakres odpowiednich długości i łusek zębów. W ostatnich dyskusjach podkreślono rolę wtórnego ruchu przepływu , uwzględnienie wymiarów ryb w odniesieniu do spektrum łusek turbulencji oraz korzystną rolę struktur turbulentnych, pod warunkiem, że ryby są w stanie je eksploatować. Aktualna literatura na temat przejścia przez przepusty skupiała się głównie na gatunkach ryb szybko pływających, ale kilka badań przekonywało do lepszych wytycznych dla ryb o małych ciałach, w tym osobników młodocianych. Wreszcie, solidne zrozumienie typologii turbulencji jest podstawowym wymogiem każdego udanego projektu konstrukcji hydraulicznej sprzyjającej przepływowi ryb w górę rzeki.

Przepusty minimalne strat energii

Przepust z blachy falistej

Na przybrzeżnych równinach Queensland w Australii ulewne deszcze w porze deszczowej powodują duże zapotrzebowanie na przepusty. Naturalne nachylenie równin zalewowych jest często bardzo małe, a w przepustach dopuszczalny jest niewielki spadek (lub ubytek głowy ). Badacze opracowali i opatentowali procedurę projektowania przepustów o minimalnych stratach energii, które zapewniają niewielki napływ.

Przepust lub droga wodna o minimalnych stratach energii to konstrukcja zaprojektowana z myślą o minimalnych stratach głowy. Przepływ w kanale podejściowym jest zwężany przez opływowy wlot do beczki, gdzie szerokość kanału jest minimalna, a następnie jest rozszerzany w opływowym wylocie przed ostatecznym uwolnieniem do dolnego kanału naturalnego. Zarówno wlot, jak i wylot muszą być usprawnione, aby uniknąć znacznych strat formy. Odwrócenie beczki jest często obniżane w celu zwiększenia wydajności rozładowania.

Koncepcja przepustów o minimalnych stratach energii została opracowana przez inżyniera z hrabstwa Wiktoria i profesora na University of Queensland pod koniec lat sześćdziesiątych. Podczas gdy w Wiktorii zaprojektowano i zbudowano wiele małych konstrukcji, niektóre główne konstrukcje zostały zaprojektowane, przetestowane i zbudowane w południowo-wschodnim Queensland.

Leśnictwo

W leśnictwie właściwe wykorzystanie przepustów odwadniających może poprawić jakość wody, jednocześnie umożliwiając kontynuację prac leśnych.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Zewnętrzne linki