Grāvis

Grāvis ir ūdens novadīšanas ietaise un būve, kas kalpo zemes klātnes pasargāšanai no izskalošanas ar lietus ūdeņiem^[1]. Grunts drenāžas grāvis kalpo arī t.sk. gruntsūdens novadīšanai. Gruntij izmirkstot iekšējās berzes leņķis, saķeres spēks starp grunts daļiņām, grunts spēja pretoties slodzēm ievērojami samazinās. Palielinot tecēšanas ātrumu grāvī, zemes klātni var izskalot. Tāpēc zemes klātnes noturība un izturība lielā mērā ir atkarīga no ūdens novades ietaišu esamības. Zemes klātnes aizsargāšana no izmirkšanas prasa zināmu uzdevumu veikšanu. Šie uzdevumi pirmkārt saistīti ar drošu lietus ūdens novadīšanu vai grunts ūdens pazemināšanu līdz drošam līmenim. Pretošanās gruntī iekļūstošajam ūdenim ir ievērojami sarežģītāka un dārgāka par lietus ūdens aizvadīšanu. Tāpēc tiecas samazināt ūdens nokļuvi zemes klātnes ķermenī un tā pamatnē.

Lietus ūdens novadīšana[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Ūdens plūsmas regulācija nepieciešama tās apstāšanās nepieļaušanai un galvenokārt saistīta ar zemes virskārtas planēšanu, ūdens savākšanas un novadīšanas tīkla grāvju vai tekņu ierīkošanu, kā arī ūdens infiltrācijas novēršanu gruntī. Zemes klātnes tipveida konstrukcijās paredz ķivetes, kalna un citus grāvjus, bet zemes klātni veido noteiktā formā, kas nodrošina brīvu ūdens plūšanu no tās pie ūdens novadiem. Grāvja projektēšana sevī ietver šādu uzdevumu risinājumus: grāvja plāns; garenprofils; šķērsprofila izmēri; gultnes un nogāžu nostiprināšanas veids, ja aprēķinātais ātrums izrādīsies lielāks par pieļaujamo, grunti, kurā tas atradīsies var izskalot. Novietojumu, šķērsizmērus un slīpumus projektē, lai ūdens pa grāvi tecētu mēreni - bez pārplūšanas un pietiekami ātri, lai to neizskalotu. Grāvja gultnes garenslīpumu veido ne mazāk stāvu par zemes virsmas slīpumu šajā iecirknī, lai visā grāvja garumā izmēri būtu ne mazāki par aprēķinātajiem. Pie tam, lai grāvis neaizdūņotos, tā garenslīpums nav mazāks par 0,003 (3 m uz 1 km). Purvos, upju palienēs un citos apgrūtinošos apstākļos grāvjus projektē ar garenslīpumu 0,002 un tikai īpašos izņēmuma gadījumos 0,001. Garenslīpumus ≥0,003 pieņem, ja ūdens tecēšanas ātrums nepārsniedz pieļaujamo gruntij, kurā izrakts grāvis. Pretējā gadījumā grāvja gultni un nogāzes nostiprina ar dažāda veida aizsargklājumiem, piemēram, gultnē izklāj šķembu kārtiņu, bet citos nopietnākos gadījumos gultni un nogāzes noklāj ar dzelzsbetona, betona vai bruģa kārtojumu.

Ja grāvis kalpo tikai sezonālo un ciklisko ūdeņu novadīšanai, to var ierīkot ar šauru rensteli, kas pārējā laikā ļauj aizvadīt mazos ūdeņus un to vienkārši pārvarēt, lai nokļūtu otrā krastā vai arī pa to pārvietoties un veikt tehnisko apkopi.

Grāvis ar rāmu ūdensteci
Grāvis ar šķembu gultnes klājumu
Dzelzsbetona grāvis ar rensteli
Akmens kārtojuma grāvis ar dzelzsbetona rensteli
Dzelzsbetona aizsargsienu grāvis
Betona un akmens klājuma grāvis

Grāvja darbspējas aprēķins[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Viss laukums, no kura ūdeņi satek grāvī, ir tā baseins. Grāvja šķērsizmērus izvēlas ar maksimālā ūdens caurlaišanas aprēķinu. Vismazāko grāvja dziļumu aprēķina, pieskaitot pie tā 0,2 m no grāvja augšmalas vai pieskaitot aprēķināto rensteles dziļumu līdz aprēķinātajam ūdens līmenim. Bezrensteles grāvja minimālais gultnes platums ir 0,6 m, purvos 0,8 m.

Grāvja nogāzes veido šādas (1:m):

1:1,5 - mālainās gruntīs, smilšmālā, mālsmiltī un lielgraudu un vidēju graudu smiltīs;
1:2 - smalkgraudu un putekļainā smiltī, applūdinātās un dūņainās gruntīs;
1:1 un stāvāk - šķembu un klints gruntīs.

Grāvja baseins: 1 - grāvja ass; 2 - grāvis
Grāvja šķērsizmēri (bez rensteles)

Grāvi plānā izvieto taisnā līnijā - perpendikulāri lietus ūdens noteicošajai plūsmai. Sarežģīta vietējā reljefa apstākļos, lai novērstu grāvja izskalošanu, to neplāno taisnos posmos, bet ar noapaļotiem pagriezieniem ar rādiusu ne mazāku par R=10b, kur b - grāvja gultnes platums. Līknē gultnes platumu nedaudz palielina. Maģistrālo grāvju tīklā tos savieno leņķī ≤45°.

Ūdeni no grāvja izlaiž virzienā no zemes klātnes, kā arī novērš grunts izskalošanu gadījumā, ja grāvis pārplūstu. Tāpēc 5 m no grāvja izejas tā gultni paplašina, bet izplūšanas vietā un tūlīt aiz tās nostiprina atbilstoši gaidāmajam plūsmas ātrumam. Grāvja garenslīpumu turpinājumā veido vienādu ar iepriekšējā iecirkņa slīpumu virzienā no tā sākuma līdz iztekai, lai neapplūdinātu atsevišķus iecirkņus.

Ūdens nolaide no kalna u.c. grāvjiem, rezervēm, purviem ieraktņu ķivetēs vai teknēs ir nepieļaujama. Tādos gadījumos jāparedz speciālas ūdens caurteces būves ķivešu un tekņu vietās pēc individuāliem projektiem. Aprēķina ūdens caurplūdi Q_a pa grāvja šķēlumu aprēķina pēc lietus ūdens plūsmām, ņemot vērā visspēcīgāko lietusgāzi un slīpuma stāvumu, atskaitot ūdeni, kurš iesūcas attiecīgā mazā baseina gruntī^[2].

Hidroaprēķina galvenā komponente ir faktiskā ūdens caurplūde grāvī Q_f, m³/s, kas vienāda ar grāvja dzīvā šķēluma laukuma $\omega$ , m² un ūdensteces vidējā ātruma v, m/s reizinājumu $Q_{f}=\omega v$ .

Nepieciešamo grāvja šķēluma laukumu atrod, piemeklējot atbilstošo. Vadoties no vietējiem apstākļiem, sākotnēji pieņem konkrētu šķēluma laukumu un grāvja gultnes slīpumu un atrod ūdens tecēšanas ātrumu, m/s pa to pēc formulas $v=C{\sqrt {Ri}}$ , kur C - ūdens noteces koeficients, kas atkarīgs no gultnes raupjuma (sk. tabulu zemāk); R - hidrorādiuss, m; i - gultnes garenslīpums.

$R={\omega \over p}$ , kur p - šķēluma samitrinātais perimetrs, m.

$\omega =bh+2{hmh \over 2}=bh+mh^{2}$ ; $p=b+2d=b+2h{\sqrt {1+m^{2}}}$ ;

kur m - lielums, kurš rāda, cik reižu nogāzes slīpums ir lielāks par grāvja dziļumu.

Ūdens noteces koeficients C
Grāvja gultnes veids	Hidrorādiuss R, m
Grāvja gultnes veids	0,05	0,10	0,20	0,30	0,40	0,50	1,00
Ļoti gludas sienas - betona apdare, salaidumi līdzeni	48,7	54,3	60,4	64,3	67,1	69,5	76,9
Gludas sienas no apskaldīta bruģa	41,0	46,2	52,0	55,7	58,4	60,7	67,8
Bruģis, rupji plēsto akmeņu kārtojums, labi sablīvētas zemes grunts sienas	23,1	27,3	32,2	35,3	37,8	39,7	46,0
Plēsto akmeņu kārtojums, rupja betonēšana	18,6	22,4	26,9	29,9	32,2	34,0	40,0
Vietējās grunts sienas parastā stāvoklī, velēnas segums	13,9	17,3	21,3	24,0	26,0	27,8	33,3
Velēnas nogāzes, gultnes bruģējums	10,9	13,8	17,4	19,9	21,8	23,4	26,6

Samitrinātā nogāze $d={\sqrt {h^{2}+(mh)^{2}}}=h{\sqrt {1+m^{2}}}$ .

Gadījumā, kad vienu x₁ daļa samitrinātā perimetra daļu raksturo koeficients C₁, bet cita daļu x₂ koeficients C₂, pēc uzkrātās projektorganizāciju pieredzes pielīdzināto koeficientu aprēķina $C_{pie}={\sqrt {x_{1}+x_{2} \over {x_{1} \over C_{1}^{2}}+{x_{2} \over C_{2}^{2}}}}$ .

Grāvi aprēķina šādi. Nosaka nogāžu stāvumu, gultnes platumu un grāvja dziļumu, nosaka ūdens dziļumu, aprēķina dzīvo šķēlumu, saslapināto perimetru, hidrorādiusu, ūdens tecējuma ātrumu dotajā šķēlumā un faktisko ūdens daudzumu. Ja faktiskais daudzums izrādās ievērojami lielāks par aprēķināto, grāvja izmērus samazina. Bet ja Q_f<Q_a, grāvja garenslīpums vai šķērsizmēri jāpalielina, kuri ietekmē hidrorādiusu. Grāvja dziļuma piemeklēšanu uzskata par pabeigtu, kad faktiskais ūdens daudzums no aprēķinātā atšķiras ne vairāk par 5%. Projektējot liela baseina grāvi, to sadala iecirkņos pa 50 - 150 m un aprēķina nepieciešamos izmērus un grāvja novietojumu katram iecirknim atsevišķi skaitot, ka katrā nākamajā iecirknīgrāvim jāizlaiž ūdens Q'_a, kas pieplūst no visiem iepriekšējiem iecirkņiem plus Q''_a pietekošais ūdens no dotā baseina iecirkņa. Katra šāda iecirkņa ūdens caurplūdes daudzums ir Q_a=Q'_a+Q''_a. Ūdens caurplūdes daudzums grāvī palielinās līdz ar tā garuma palielināšanos. Vislielākais ūdens daudzums ir grāvja beigās, no kurienes arī sāk aprēķinu un tad aprēķina iepriekšējos iecirkņus.

Maza baseina (līdz 100 km²) lietus ūdens noteces aprēķini[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Vispērēja informacija[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Ūdens novades aprēķinus izpilda ceļu projektējāji. Palu ūdens daudzumu nosaka ņemot vērā aprēķina hidroloģiskās raksturlīknes. Ja baseina lielums ir lielāks par 50 km², jāvadās pēc natūrdatiem, aprēķinos jāpieņem drošu ūdens patēriņu. Aprēķinus šeit aprobežo ar lietus ūdens patēriņu. Ja baseina laukums ir F≤0,2 km², pieņem pastāvīgu lielumu λ₀=0,01^[3]. Ūdens atdeves intensitātes varbūtības pārsniegšana, kas nepieciešama ūdensnovades projektēšanai, ja to lielumi nav atrodami tabulās, tos nosaka ar tabulāro lielumu interpolāciju vai ekstrapolāciju. Labi filtrējošām gruntīm izšķirošie ir palu ūdeņi, kurus pieņem aprēķiniem.

Maksimālo ūdens patēriņu un tilpumu (m³) nosaka izpildot vienādojumus ūdens noteces ātrumam pa nogāzēm un straumes sistēmā, kā arī notekas balansa vienādojumu: W_T=W_S+W_L+W_Q, kur

W_T- ūdens atdeves tilpums jebkurā ūdens atdeves laika nogrieznī t, min;

W_S- ūdens tilpums, kuru akumulē baseina nogāzes laikā t;

W_L- tas pats gravās;

W_Q- ūdens tilpums, kurš izgājis noslēdzošās līnijas.

Izpildot noteikto vienādojumu, iegūst notekas hidrogrāfu (notekas patēriņa laika izmaiņas Q_T). Maksimālais lietus ūdens patēriņš ir vienāds maksimālajai hidrogrāfa ordinātai. Ūdens noteces ātruma vienādojumu un notekas balansa vienādojumu mūsdienās parasti aprēķina ar datoru, kā arī pēc normām, ko pamato vispārināti iepriekš aprēķināti hidrogrāfi un pēc citas pieejamās hidroloģiskās informācijas. Ceļa posmos ar līdzvērtīgiem klimatiskajiem un ģeomorfoloģiskajiem apstākļiem (līdzīga grunts, reljefs, apaugums u. tml.) lietus ūdens noteces daudzuma patēriņa noteikšanai drīkst vadīties pēc moduļu vai patēriņa atkarības no ūdens savākšanas laukuma raksturlīknēm, ievērojot šādus nosacījumus:

1) vadās pēc 25 - 30 natūrpatēriņa datiem, kas vienmērīgi izvietoti laukuma aprēķina diapazonā ar ne mazāk kā 300 gadskārtām;

2) ja natūrpunkos patēriņš pielietotajā raksturlīknē pārsniedz ±30 - 40 %.

Pārsniegšanas varbūtības nosaka atkarībā no hidropāreju daudzuma. Investīciju pamatojumā drīkst vadīties pēc vienkāršotas metodes, piemēram, pēc patēriņa un noteces laukumu moduļa raksturlīknes. Patēriņu nosaka vairākām ūdens savākšanas vietām ar atšķirīgiem laukumiem.

Pastāvīga ūdens plūsmas daudzuma savākšanai, kura mazūdens pārsniedz 10% no maksimālā notekas patēriņa, aprēķinā ņem vērā maksimālā un mazūdens patēriņa summu. Pastāvīgas ūdens plūsmas mazūdens patēriņu aprēķina pēc vidējā ūdens plūsmas ātruma un dzīvā laukuma šķēluma, kas mērīti natūrā.

Gadījumā, kad trase šķērso noslēgtas iedobes, ūdens līmeņa daudzumu pie zemes klātnes jānosaka ņemot vērā notekas maksimālo tilpumu ar pārsniegšanas varbūtību, kas pieņemti caurteku un tiltu projektēšanas normatīvos. Ja pirms būves atrodas ūdens savāktuves tranzītiecirknis (galvenā grava bez būtiskas pieteces no nogāzēm), ņem vērā pietekas transformāciju.

Notekas patēriņa un tilpuma aprēķins[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Maksimālo lietus ūdens notekas patēriņu Q_pr, kas pietek no baseina ūdens notekai aprēķina Q_pr=16,7α₁ϕFγσ_pu, kur

α₁- ūdens atdeves intensitāte dotajai varbūtībai, kas atbilst patēriņa pārsniegumam un lietus apakšrajonam, mm/min

ϕ- noteces piepildījuma koeficients;

F- baseina laukums, km²;

γ- nokrišņu nevienmērīguma koeficients laukumam;

σ_pu- ezera un sapurvošanās koeficients.

Ūdens tilpumu W_pr (m³), kas caurtek pa lietus noteku aprēķina W_pr=1000α₁t_lFγ, kur

t_l- ūdens atdeves apērķina laiks, min.

Maksimālo ūdens noteces daudzumu caur caurteces atvērumu aprēķina (m³/s)

$Q_{ca}=Q_{pr}{\frac {W_{pr}-W_{ak}}{W_{pr}-30(t_{l}-t_{p})Q_{pr}}}$ , kur

W_ak- maksimālais ūdens tilpums, kas akumulējas pirms caurteces būves palu laikā, m³;

t_p- pastāvīgā pilnīgā ūdens patēriņa laiks no visa baseina, min. Ja t_l<t_p, jāpieņem, ka t_l=t_p.

Notekas[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Dzelzsbetona tekne[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Dzelzsbetona teknes
Tekne ar režģi
Teknes uzstādīšana brauktuves malā

Grāvis aizņem samērā daudz zemes platības. Tāpēc dažkārt lietderīgi ūdeni novadīt šaurās, bet samērā dziļās (≤2 m) teknēs. Teknēm ir stiprinājumi un tās spēj uzņemt grunts sānu spiedienu. Nereti teknes uzstāda paplašināmu ieraktņu ķivešu vietā, lai nebūtu jānorok papildus grunts apjoms. Betona un dzelzsbetona teknes izvieto savienotos posmos kopā ar citām komplektējošām detaļām, ko ražo rūpnīcās. Šķēlumā tās ir taisnstūrveida vai trapece ar šaurāko malu augšdaļā.

Nepieciešams ņemt vērā, ka ieraktnes pamata laukuma un nogāžu sasalšana notiek ne tikai no virsmas, bet arī no sāniem. Kūkumojošām gruntīm veidosies kūkumi, kuri tekni var saspiest. Tāpēc ziemas periodā teknes nosedz ar noņemamu siltumizolējošu materiālu.

Ātrteka[labot šo sadaļu | labot pirmkodu]

Grāvjus no vispārizplatītajām gruntīm garenprofilā drīkst veidot tikai samērā lēzenus, lai neizskalotu grunti, kā pieminēts iepriekš. Tāpēc, ja grāvis netiek līdzi reljefa kritumam, lēzenos grāvjus var savstarpēji savienot ar ātrtekām. Grāvju ātrteka parasti ir neliela garuma montāžas - vai dzelzsbetona monolītas konstrukcijas kanāls, kas pieļauj ūdens plūšanu pa to lielā ātrumā, nekaitējot blakusesošajām gruntīm.