4.1. Allmänt
Det primära syftet med ett system för vägavvattning är att få bort vattnet från vägen och dess omgivningar. Vägavvattningssystemet består av två delar: avvattning och dränering. ”Avvattning” innebär bortskaffande av regnvattnet från vägytan. “Dränering” å andra sidan täcker alla de olika infrastrukturella element som krävs för att hålla vägkroppen torr. I Sverige är “avvattning” indelad i ytterligare två delar: “avrinning” (runoff) och ”avvattning” (dewatering). “Avrinning” täcker det vatten som rinner från ytan av beläggningen via vägrenarna och innerslänterna till dikena. “Avvattning” täcker uppsamling och transport av vatten från vägytan och vägkroppen så att det inte uppstår vattensamlingar på vägen och i dikena.
“Avvattning” består av följande delar:
– Tvärfall
– Vägrenar
– Täta vägytematerial
Ett typiskt “dränerings-” system består av följande delar:
– Utloppsdiken
– Sidodiken
– Trummor
– Inner/ytterslänter
– Vägöverbyggnader
– Täckdiken
Det generella värdet av ett vägavvattningssystem beror på dess “svagaste länk”. Det betyder att om någon av dess delar inte fungerar kommer inte hela systemet att fungera som planerat och vägen kommer att få skador. Å andra sidan är ett välbyggt och bra underhållet vägavvattningssystem en mycket hållbar investeringspolicy. De huvudsakliga fördelarna med ett bra avvattningssystem är: effektiv borttransport av regnvatten från vägens yta och dess omgivningar, vägkroppar som hålls torra, bra bärighet och en väg som det är trevligt och säkert att trafikera.
Referenser:
Bakgrundsdokument till handledning för identifiering av behov av avvattningsåtgärder
Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus
4.2 Beläggning och slitlager
Beläggningen eller slitlagret är vägens topplager. En funktion hos beläggningen är att ge en vattentät täckning av de underliggande överbyggnadslagren. Detta kan åstadkommas om beläggningen är impermeabel och inte har några sprickor. Slitlagret högst upp måste också ha ett fullgott tvärfall för att omedelbart leda bort vattnet (från regn, smältande snö eller is) från vägytan.
Det rekommenderade tvärfallet beror på vägtypen och på materialet i det översta lagret. På en raksträcka varierar tvärfallet mellan 3 och 5 %. På asfalt är det rekommenderade tvärfallet 3 %, och för grusvägar är det 5 %. På en raksträcka har tvärfallet normalt utformats med en bombering.
I kurvor, är tvärfallet utformat som skevning, även kallat “ ensidigt tvärfall”. Också på smala vägar är det svårt att skapa och bibehålla en bombering på grund av den tillgängliga bredden. För lågtrafikerade grusvägar är det därför vanligen mer effektivt att använda ensidigt tvärfall (inåtlutande eller utåtlutande väg) hellre än bombering. Minimikravet för tvärfall i kurvor måste bestämmas från fall till fall. Tvärfallet beror till exempel på tillåten hastighet och geometrin (kurvradien) hos vägen. Tvärfallet i kurvor är också viktigt för körningsdynamiken.
En mycket viktig fråga när det gäller tvärfall är att det inte får ha större förändringar på korta sträckor eftersom detta kan orsaka krängningsproblem för höga och tunga lastbilar så väl som trafiksäkerhetsrisker. Betydelsen av ordentligt tvärfall diskuteras mera i detalj i ROADEX-rapporterna om helkroppsvibrationer av Johan Granlund
Tvärfall har tidigare varit ganska svårt och dyrt att mäta i detalj från en bil i rörelse men nyligen har profilometrar, 3D accelerometrar och laserscanningstekniker erbjudit nya verktyg för att mäta tvärfall effektivare. Provresultat med dessa tekniker har också gett mycket intressant information om betydelsen av dräneringen för tvärfallet och vice versa.
Referenser:
Bakgrundsdokument till handledning för identifiering av behov av avvattninsåtgärsder
Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus (in Finnish)
4.3 Sidodiken
Sidodiken samlar upp vägvatten och leder det vidare till utloppsdiken och är speciellt viktiga när vägen ligger i skärning. Om vägen ligger på en hög bank är sidodiken inte alltid nödvändiga och behovet av dem måste avgöras från fall till fall.
Den längsgående lutningen hos ett sidodike bör vara minst 4 ‰ (4 mm/m) enligt gamla finska anvisningar, och i Sverige bör den längsgående lutningen vara minst 5 ‰ (5 mm/m).
I Sverige klassificeras sidodikena i två kategorier: 1) vägskärningsdike (“skärningsdike”) och 2) rainwater ditches (“dagvattendike”). Enligt svenska anvisningar ska djupet hos ett sidodike (“skärningsdike”) vara minst 30 cm under överbyggnadens botten. Motsvarande minimidjup är i Finland 25 cm. Norge har det högsta kravet på 35 cm på en nybyggd väg. Djupare sidodiken än dessa värden ger ingen markant förbättring av dräneringen. ROADEX tester i Sverige har bekräftat att dessa rekommendationer är riktiga.
Ett dagvattendike innebär att diket bara samlar upp regnvatten från vägen och dess omgivningar, d v s ytjorden är torr och grundvattenytan ligger djupt ner. I Sverige är designdjupet för den här typen av dike 0,5 m mätt från vägytan. Den här dikestypen kan användas där undergrunden är vattenpermeabel och grundvattenytan ligger djupare än 1,0 m under den lägsta ytan hos vägen. Enligt gamla finska anvisningar för design ska djupet för denna dikestyp (regnvattendike) vara 15 cm under överbyggnadens botten. Dessutom ska undergrunden vara icke tjälfarlig.
Tillståndet hos diken har traditionellt värderats visuellt, men metoden anses vara subjektiv och känslig för vid vilken tid som värderingen utförs. Dessutom förändras formen på diken vanligen mycket långsamt vilket resulterar i att bara de värsta ställena upptäcks visuellt och dikesbottnen är vanligen inte synlig. ROADEX-projektet har provat ett antal tekniker för att lösa dessa svårigheter och de bästa resultaten uppnåddes genom användning av en kombination av laserscanning och georadarteknik.
Referenser:
Bakgrundsdokument till handledning för identifiering av behov av avvattninsåtgärsder (Sweden)
Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus (Finland)
Geller & Sherad: Low volume roads engineering – Drainage of low volume roads
4.4 Utloppsdiken
Utloppsdiken är avvattningsanordningar som leder vattnet från sidodikena bort från vägområdet. Vattnet från utloppsdikena avbördas normalt till befintliga vattendrag som älvar och sjöar. Utloppsdiket är en kritisk del av dräneringssystemet som ofta ignoreras. Om utloppsdiket är igensatt kan det skapa betydande problem för vägen inom ett stort område. Utloppsdiken är normalt lokaliserade utanför vägområdet med resultatet att vägadministratören inte alltid äger marken som de passerar igenom. Detta kan skapa svårigheter att få tillstånd från markägarna när utloppsdiket är igensatt och kräver rensning.
Det rekommenderas att den längsgående lutningen hos ett utloppsdike ska vara minst 4 ‰. I praktiken kan detta behöva reduceras till en mindre lutning för att passa de lokala förutsättningarna.
Utloppsdiken ska schaktas på så sätt att avbördningen till naturliga vattendrag sker på samma nivå som bottnen på det naturliga vattendraget. Om det inte finns något naturligt vattendrag ska utloppsdiket schaktas en lämplig sträcka för att minimera ansamlingar av silt, dy eller andra skadliga material.
Lokaliseringen och värderingen av utloppsdiken har alltid varit en utmaning vid en avvattningsinventering. Detta är speciellt fallet vid avvattningsundersökningar från ett fordon i rörelse och ROADEX har testat olika tekniker för att hitta den mest passande metoden. Det bästa alternativet befanns vara användning av en videokamera installerad i 90° vinkel mot mätfordonets körriktning för att registrera tillståndet hos dikena. GPS-data med z-koordinatinformation kan hjälpa till att identifiera sannolika platser för utloppsdiken eftersom de oftast finns i den lägsta delen av en dal.
Referenser: Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus (Finland)
4.5 Vägtrummor
En trumma är ett rör eller en lådbyggnad vanligen använd för tvärgående avvattningar för att tömma diken och att leda vatten under en väg med naturlig avvattning och korsande vattendrag. I Finland definieras en trumma som en trumma om dess fria öppning är mindre än 2 m, om den är större än 2 m definieras den som en bro. Om konstruktionen är ett stort rör med en fri öppning på 2-4 m, definieras trumman som en rörbro. Formen hos en trumma är vanligen ett runt rör, men trummor kan också vara rörbågar, byggda bågar eller lådor. Formen beror på byggnadsplatsen, det tillgängliga utrymmet och den tillåtna höjden hos jordtäckningen.
Trummor kan vanligen utformas i plast, stål eller betong. Vissa äldre trummor kan också vara gjorda av trä eller sten. Plasttrummor är oftast enklare att underhålla än trummor av andra material eftersom is inte fäster så lätt på ytor av plast.
Trumrör är dyra och de relativt smala trumrör som används som vägtrummor kan vara känsliga för igensättning och kräver rensning. Därför är den viktigaste saken att hålla i minnet vid planering av en truminstallation, att säkerställa att trumman har rätt storlek och att den har översvämningsskydd. Trummor ska också installeras enligt tillverkarens anvisningar och ha passande skydd mot erosion, rensning och vägunderhållsutrustning.
Vägtrummor ska installeras i den lägsta punkten i terrängen. Tumregeln vid installation av en trumma är att förändringar av den naturliga kanaliseringen ska minimeras och att alla begränsningar av kanalflödet måste undvikas. Detta kan göras genom att behålla den naturliga lutningen och linjeföringen av kanaliseringen genom trumman.
Höjden och läget hos trumman beror på ett antal saker:
– En fullgod längsgående lutning (minst 1 % för att förhindra ansamlingen av silt eller slam)
– Djupet hos sidodiket
– Nivån på avvattningssystemen i den omgivande terrängen
– Det bör också hållas i minnet att många gånger, i områden med lösa jordar, kommer vägen att sätta sig omkring trumman, vilket får till följd att vägdikenas bottennivå stiger.
Trummor ska normalt installeras vinkelrätt mot vägens längdriktning. De kan också installeras i en vinkel mot vägens längdriktning om så krävs med hänsyn till lokala omständigheter.
Material för grundläggning och kringfyllning, såväl som material för utspetsningskilar, bör vara icke tjälfarliga och ska inte innehålla stenar större än 75 mm. Materialet till trumbädd ska inte innehålla stenar större än 40 mm. Ett fuktigt, välgraderat granulärt eller sandigt grus med upp till 10 % finmaterial är ett idealiskt kringfyllningsmaterial.
I Finland är den rekommenderade minimistorleken för en vägtrumma på lågtrafikerade vägar 400 mm (om trummans längd är mindre än 10 m). “Storleken” på trumman definieras som trumrörets innerdiameter. Det finns några undantag från denna regel. Till exempel installation av ett smalare rör inuti det gamla röret när det är känt att den gamla trumman har varit för stor. Idealet är att trummans bredd ska vara lika stor som bredden på den naturliga kanaliseringen för att undvika sammanträngning av kanalen.
| STORLEK HOS AVVATTNINGSUTRUSTNING | ||||
| Branta sluttningar Bart, lätt vegetation | Flacka sluttningar tät vegetation | |||
| Avvattnings-område (Hektar) | Runt rör Ø (m) | Yta (m2) | Runt rör Ø (m) | Yta (m2) |
| 0..4 | 0.76 | 0.46 | 0.46 | 0.17 |
| 4..8 | 1.07 | 0.89 | 0.61 | 0.29 |
| 8..15 |
1.22 |
1.17 | 0.76 | 0.46 |
| 15..30 |
1.83 |
2.61 | 1.07 | 0.89 |
| 30..50 |
2.13 |
3.58 | 1.22 | 1.17 |
| 50..80 | 2.44 | 4.67 | 1.52 | 1.82 |
| 80..120 | 1.83 | 2.61 | ||
| 120..180 | 2.13 | 3.58 | ||
Vid design av trummans storlek bör ett antal saker tas i beaktande, d v s storlek hos avvattningsområdet, omgivande terrängtyp, intensitet hos regnväder, etc. Tabellen nedan ger några exempel på olika storlekar hos trummor. Tabellen är modifierad efter Geller & Sherad: “Low volume roads engineering – Culvert use, installation and sizing”. Regnväders intensitet har antagits vara 75 – 100 mm/h. En plats med bart land med lätt vegetation och branta sluttningar har en högre avrinningskoefficient än skogsmark med tät vegetationsterräng och flacka sluttningar. För en blandad terräng kan rörets storlek interpoleras. Om den föreslagna rörstorleken inte är tillgänglig, bör den närmast större rörstorleken användas.
Utloppet från ett trumrör bör idealt vara lokaliserat i ett stabilt, icke-erosivt område. Välbevuxna eller steniga områden är bra platser att lokalisera en trumma. Vatten som rinner från en trumma kan orsaka erosionsproblem där det avbördas direkt på en erosionsbenägen jord. Kanalskydd, riprap eller andra strukturella lösningar är inte lika bra som en välplacerad trumma med rätt storlek.
Referenser:
Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus (Finland)
Berntsen and Saarenketo Drainage on low traffic volume roads
Geller & Sherad: Low volume roads engineering – Culvert use, installation and sizing
4.6 Sidotrummor
Sidotrummor tillåter vattnet i sidodiken till huvudvägar att passera genom väganslutningar till huvudvägen. Sådana vägar kan vara anslutningar av huvudvägar eller enkla privata anslutningsvägar. Funktionen hos sidotrummor är att ge en fortsättning av vägdiket genom sidovägen som om sidovägen inte existerade.
Enligt gamla finska anvisningar ska minimistorleken hos sidotrummor vara 400 mm när längden hos trumman är större än 8 m. Om längden är mindre än 8 m, kan minimistorleken vara 300 mm. Längden hos trumman beror på bredden hos anslutningsvägen och är ofta stor där det är busshållplatser, bensinstationer och andra affärsverksamheter. Sidotrummor har historiskt sett haft en mindre diameter än vägtrummor och vattnet har också lägre flödeshastighet. Dessa trummor med mindre diameter kan sättas igen och orsaka att vatten infiltrerar i lagren i huvudvägen försvagar dem eller orsakar svåra erosionsproblem.
Ansvaret för underhållet av sidotrummorna varierar mellan ROADEX partnerländer.
I Finland är ägaren ofta en privatperson och ansvaret för underhållet ligger på ägaren av anslutningsvägen. Detta kan orsaka problem eftersom dessa privatpersoner ofta negligerar sitt ansvar för att hålla trummorna rena. Ganska ofta är trummorna också för smala eller felaktigt inbyggda. Detta skapar problem för vägens avvattning och leder till skador hos huvudvägen. I Sverige är ägaren till sidotrummorna vägadministratören (Trafikverket) och ansvaret för underhållet ligger på dem. Också i Skottland ligger ansvaret för underhållet av sidotrummorna på vägmyndigheten (d v s den lokala Kommunen för lågtrafikerade vägar, och Transport Scotland för de nationella vägarna). I Norge är reglerna liknande som i Sverige. I Norge, äger Norwegian Public Road Administration 3 meter från vägkanten. De flesta av sidotrummorna ligger inom detta område och därför bär NPRA ansvaret för dem.
På Island måste privata markägare betala alla kostnader för sidotrummor för sina anslutningsvägar. Trummor måste konstrueras enligt anvisningar från ICERA. Underhållet av sidotrummorna är ICERA’s ansvar. ICERA äger 20 meter mark på båda sidor om vägen räknat från centrumlinjen. På Grönland bygger de privata markägarna sidotrummorna för anslutningsvägarna, men Samhället tar sedan ansvaret för deras underhåll.
4.7 Överbyggnader och lager för vägavvattning
Horisontella byggnadsverk för avvattning inkluderar konstruktionsdelar som filterlager, speciella geotextilier och speciella asfaltbeläggningar (som dränasfalt) som leder vattnet bort från vägen, eller skär av den kapillära stigningen från undergrunden till den övre delen av överbyggnaden.
Huvudsyftet med filterlagret i vägavvattningen är att skära av den kapillära stigningen till de ovanliggande strukturella lagren. Materialet i filterlagret ska vara välgraderat med en maximal kornstorlek på 31,5 mm och det ska vara icke tjälfarligt. Filterlagrets tjocklek varierar i de Nordiska länderna från 0,4 m till 0,6 m. Filterlagret är det understa av de strukturella lagren och läggs normalt ut på botten av urgrävningen. Ett filterlager bör alltid användas i vägöverbyggnaden när undergrunden är tjälfarlig (som lera, silt och siltig morän). Filterlagret separeras normalt från undergrunden med en geotextil.
Geotextilkompositer kan också användas som dränerande lager. En “Underdräneringsmatta” är som en sandwichöverbyggnad som leder vatten med hjälp av sin porösa kärnstruktur. En hård kärna av plast är inbäddad mellan geotextilier. Den dränerande mattan läggs ut på jämn mark och täcks med ett lager av stenmaterial som är tillräckligt tjockt för att skydda mattan från verkningarna av tunga fordonslaster.
Dränasfalt används i länder som lider av stora regnmängder. Denna speciella beläggning säkerställer en snabb dränering av vattnet från beläggningsytan. Detta minskar risken för vattenplaning och dåliga siktförhållanden på grund av ”sprut och stänk”, och förbättrar den totala trafiksäkerheten. Vatten ansamlas inte lätt på dränerande asfaltbeläggnings yta vid häftiga regnväder eftersom majoriteten av stenmaterialet i beläggningen är av ungefär samma kornstorlek (d v s en mycket brant kornstorleksfördelningskurva). Tjockleken hos en dränerande asfaltbeläggning är vanligen 20-100 mm och den läggs ut på ett tätt asfaltunderlag. Fastän materialet är bra under våta förhållanden har det några nackdelar. Det har dålig beständighet och det måste säkerställas att bindemedelshalten är tillräcklig för att täcka in stenmaterialet. Om det blir för mycket bitumen blir beläggningen deformationsbenägen och porerna fylls igen med bitumen. Om det blir för litet bitumen kommer stenlossning att uppstå. Dränerande asfaltbeläggning kan sättas igen och förlora sin effektivitet genom inträngande partiklar och damm från omgivningarna, kringflygande jord, slitagerester från maskiner och laster. Snö, is och avisningssalt på vintern kan också sätta igen porerna och förhindra vattenflödet.
Slutligen, speciella material som skummat återvunnet glas har använts som dränerande och tjälisolerande lager. Bark från träd har också använts på skogsbilvägar.
Referenser:
Dawson Water in road structures, InfraRYL2010 (Finland)
Ehrola: Liikenneväylien rakennesuunnittelun perusteet (Finland)
4.8 Vertikala dräneringsanordningar, täckta dräneringar
Vertikala täckta dräneringsanordningar används ofta längs vägar i våta områden, till exempel i en våt skärningsbank med läckage. Syftet med dessa vertikala dräneringsanordningar är att flytta grundvattnet och hålla undergrunden torr under vägen. Vertikala täckta dräneringar kan delas in i två huvudgrupper; 1) avskärande dräneringar och 2) grundvattensänkande dräneringar.
Det kan ibland vara mer kostnadseffektivt att använda vertikala dräneringsanordningar än att lägga på ett tjockt strukturellt lager på en sträcka av vägen eller att göra frekventa vägreparationer. Det händer speciellt på högtrafikerade vägar.
En typisk täckt dränering innefattar ett avskärande dike (med djupet 1-2 meter) och en återfyllning. Dräneringarna fylls vanligen med ett högpermeabelt material, inlindat i en geotextil, med ett perforerat rör eller permeabelt material nära bottnen. Geokompositbaserade dräneringssystem, även kända som en “filterdrän”, är vanligen bara några centimeter tjocka. Dessa typer av dräneringssystem placeras vanligen i kanten av en överbyggnad, parallell med vägens centrumlinje.
Täckdiken (”Franska” dräner)
Ett täckdike består av en dränering insvept i en geotextil. Den är gjord av runt eller krossat stenmaterial. Tidigare installerades dräneringen utan rör i botten men numera inkluderas vanligen någon form av transporterande dräneringsrör. Omslaget av fiberduk används för att förhindra att fina jordpartiklar tränger in i dräneringen och sätter igen den. Geotextilen ska vara vattengenomsläpplig så att vatten kan flöda fritt från den omgivande marken in i dräneringen.
Ett steg-för-steg exempel på hur ett täckdike ska utföras:
1. Schakta ett smalt dike
2. Rensa det schaktade diket
3. Täck in schaktarean med en geotextil
4. Lägg ut ett lager av stenmaterial på botten av det täckta diket
5. Installera ett transporterande rör om det behövs
6. Fyll dräneringen med stenmaterial
7. Stäng dräneringen och vik över geotextilen (min överlapp är 30 cm)
8. Täck den slutna dräneringen med minst 3-5 cm av ytjord eller annat lågpermeabelt material. Om även avrinnande ytvatten skall tas om hand bör också det täckande materialet vara permeabelt.
Filterdräner är längsgående dräner, tillverkade av kompositmaterial. En filterdrän består vanligen av två geotextilier som ytterskal, för att ge en filtrerande funktion mot omgivande jord, och en styv plastkärna som ligger innesluten mellan geotextilierna. En filterdrän kan också mynna i en integrerad uppsamlare på botten av dräneringen. Vatten rinner genom ytbeklädnaden av geotextil in i kärnan som sedan transporterar vattnet till ett utloppsdike.
En Kalifornisk dränering består av tätsittande parallella rör, ordnade vertikalt och horisontellt. Rören kan vara perforerade eller räfflade och installeras i den naturliga marken eller i en fyllning. Huvudsyftet med denna typ av täckt dränering är att minska porvattentrycket för identifierade ytor för att sänka grundvattennivån eller ta hand om en kvarstående vattensamling.
Referenser:
Dawson: Water in road structures
Geller & Sherad: Low volume roads engineering – Drainage of low volume roads
4.9 Avvattningsanordningar i inner- och ytterslänter
Målet vid design av inner- och ytterslänterna hos en väg är att använda så flacka slänter som möjligt. Flacka slänter är miljövänligare, bättre för trafiksäkerheten och har högre resistens mot erosion. Lutningen hos en typisk slänt beror på vägkategorin (landsbygdsväg, huvudväg, motorväg etc.) och den lokala topografin. Den rekommenderade lutningen på en innerslänt för en huvudväg enligt gamla finska riktlinjer är minimum 1:2 och för ytterslänter minimum 1:4
Dålig släntstabilitet kan orsaka problem med avvattningen av vägen och resultera i vägskador. Material som flyter ner till dikesbottnen kan hindra vattnets flöde i diket och leda till infiltration av vatten i vägöverbyggnader. Detta kan i sin tur leda till ojämn tjällyftning och vägrensdeformation. ROADEX forskning har visat att instabila slänter är en av huvudorsakerna till vägskador på provvägar i Finland.
En speciell sak som konstaterats orsaka problem är att vattenkänsliga material från dikesbottnen har återplacerats på innerslänten vid dikesrensningen. Detta material flyter sedan snabbt tillbaka till dikesbottnen och leder till fortsatta problem med vägen.
Referenser:
Dawson: Water in road structures
Teiden suunnittelu IV, Tien rakenne 4, kuivatus
4.10 Speciella dräneringsanordningar
Vatten som har samlats upp från en väg och dess omgivningar måste ledas ut från vägområdet till en acceptabel utloppsplats. Vanligen är detta ett naturligt vattensystem som en flod, en sjö eller en kanal. Om detta inte är möjligt kan en lösning vara att använda ”infiltration”. Syftet med en infiltration är att återbörda vatten tillbaka till den naturliga cirkulation från vilken det kom, d v s vattenläckage tillbaka till naturen via dränerande vallar. Infiltrationer kan bara användas på dränerande undergrunder och inte t ex i områden med lera. Infiltrationer måste designas individuellt med avseende på storlek och kapacitet. Den färdiga infiltrationen måste hållas öppen och fri från igensättning för att förbli effektiv.
Referenser Dawson Water in road structures