Culvert - Culvert

Stenkulvert i Haapsalu , Estland
Stålkulvert med et springbassin under
En samling med flere kulverter i Italien
Konkrete box stenkister .
Stor kasse kulvert. Flod Monterroso kulvert

En kulvert er en struktur, der leder vand forbi en forhindring eller kanaliserer en underjordisk vandvej. Typisk indlejret for at være omgivet af jord kan en kulvert være fremstillet af et rør , armeret beton eller andet materiale. I Det Forenede Kongerige kan ordet også bruges til et længere kunstigt nedgravet vandløb .

Kulverter bruges almindeligvis både som krydsafløb til at aflaste dræning af grøfter i vejkanten og til at passere vand under en vej ved naturlig dræning og vandløbskrydsninger. Når de findes under veje, er de ofte tomme. En kulvert kan også være en brolignende struktur, der er designet til at tillade køretøjs- eller fodgængertrafik at krydse vandvejen, mens den tillader tilstrækkelig passage for vandet.

Kulverter findes i mange størrelser og former, herunder runde, elliptiske, fladbundede, åbne bunde, pæreformede og kasselignende konstruktioner. Valget af kulverttype og -form er baseret på en række faktorer, herunder krav til hydraulisk ydeevne, begrænsninger på forhøjning af vandoverfladen og vejhøjde.

Processen med at fjerne kulverter for at genoprette et åbent vandløb er kendt som dagslys . I Storbritannien er denne praksis også kendt som deculverting.

Materialer

Bølgepap i stål med fald på udstødningsenden, nordlige Vermont

Kulverter kan konstrueres af en række forskellige materialer, herunder støbt beton eller præfabrikeret beton (armeret eller ikke-armeret), galvaniseret stål , aluminium eller plast (typisk polyethylen med høj densitet ). To eller flere materialer kan kombineres til dannelse af sammensatte strukturer. For eksempel er korrugerede stålkonstruktioner med åben bund ofte bygget på betonfod.

Design og teknik

En stenkiste under Vistula -floden Dæmningen og en gade i Warszawa .

Konstruktion eller installation på et kulvertsted resulterer generelt i forstyrrelser af stedets jord, vandløbsbanker eller vandløb og kan resultere i forekomst af uønskede problemer, såsom skurehuller eller faldende banker i nærheden af ​​kulvertstrukturen.

Kulverter skal være korrekt dimensioneret og installeret og beskyttet mod erosion og skur. Mange amerikanske agenturer, såsom Federal Highway Administration , Bureau of Land Management og Environmental Protection Agency , samt statslige eller lokale myndigheder, kræver, at kulverter designes og konstrueres til at opfylde specifikke føderale, statslige eller lokale regler og retningslinjer for at sikre korrekt funktion og for at beskytte mod kulvertfejl.

Kulverter er klassificeret efter standarder for deres lastkapacitet, vandgennemstrømningskapacitet, levetid og installationskrav til strøelse og genopfyldning. De fleste agenturer overholder disse standarder, når de designer, konstruerer og specificerer kulverter.

Fejl

Kulvertfejl kan forekomme af en lang række forskellige årsager, herunder vedligeholdelses-, miljø- og installationsrelaterede fejl, funktionsfejl eller procesfejl relateret til kapacitet og volumen, der forårsager erosion af jorden omkring eller under dem, og strukturelle eller materielle fejl, der forårsager kulverter til mislykkes på grund af sammenbrud eller korrosion af de materialer, de er fremstillet af.

Hvis fejlen er pludselig og katastrofal, kan det resultere i skade eller tab af liv. Pludselige vejkollaps er ofte et resultat af dårligt konstruerede og konstruerede kulvertoverfartssteder eller uventede ændringer i det omgivende miljø får designparametre til at overskrides. Vand, der passerer gennem underdimensionerede kulverter, vil med tiden skure den omgivende jord væk. Dette kan forårsage en pludselig fejl under mellemstore regnhændelser. Uheld fra kulvertfejl kan også forekomme, hvis en kulvert ikke har været tilstrækkelig stor, og en oversvømmelse overstyrer kulverten eller forstyrrer vejen eller jernbanen over den.

Løbende kulvertfunktion uden fejl afhænger af korrekt design og tekniske overvejelser, der tages i forbindelse med belastning, hydraulisk flow, omgivende jordanalyse, fyldning og strøkomprimering og erosionsbeskyttelse. Forkert designet tilbagefyldningsstøtte omkring kulverter kan resultere i materialekollaps eller fejl på grund af utilstrækkelig laststøtte.

For eksisterende kulverter, der har oplevet nedbrydning, tab af strukturel integritet eller behov for at opfylde nye koder eller standarder, kan rehabilitering ved hjælp af et reline -rør foretrækkes frem for udskiftning. Dimensionering af en reline kulvert anvender de samme hydrauliske flowdesignkriterier som for en ny kulvert, men da reline kulvert er beregnet til at blive indsat i et eksisterende kulvert eller værtsrør, kræver reline installation fugning af det ringformede rum mellem værtsrøret og overfladen af ​​reline -rør (typisk ved anvendelse af en fugemasse med lav kompressionsstyrke ) for at forhindre eller reducere nedsivning og jordvandring. Fugning fungerer også som et middel til at etablere en strukturel forbindelse mellem foringen, værtsrøret og jord. Afhængigt af størrelsen og det ringformede rum, der skal udfyldes, samt rørhøjden mellem indløbet og udløbet, kan det være nødvendigt at udføre fugning i flere trin eller "elevatorer". Hvis flere lifte er påkrævet, er der en fugeplan påkrævet, som definerer placeringen af ​​fugerør, luftrør, type fugemasse, der skal bruges, og hvis der injiceres eller pumpes fugemasse, er det nødvendige udviklede tryk til injektion. Da reline-rørets diameter vil være mindre end værtsrøret, vil tværsnitsstrømningsarealet være mindre. Ved at vælge et reline-rør med en meget glat indre overflade, med en omtrentlig Hazen-Williams friktionsfaktor, C, værdi mellem 140-150, kan det reducerede flowområde forskydes og hydrauliske strømningshastigheder potentielt øges ved reduceret overfladestrømningsmodstand . Eksempler på rørmaterialer med høje C-faktorer er polyethylen med høj densitet (150) og polyvinylchlorid (140).

Miljøpåvirkninger

Denne kulvert har en naturlig overfladebund, der forbinder dyrelivet.

Sikre og stabile vandløbskrydsninger kan rumme dyreliv og beskytte vandløbssundhed, samtidig med at dyre erosion og strukturelle skader reduceres. Underdimensionerede og dårligt placerede kulverter kan forårsage problemer for vandkvaliteten og vandlevende organismer. Dårligt konstruerede kulverter kan forringe vandkvaliteten via skur og erosion samt begrænse bevægelsen af ​​vandlevende organismer mellem opstrøms og nedstrøms levesteder. Fisk er et almindeligt offer for tab af levesteder på grund af dårligt udformede krydsningsstrukturer.

Kulverter, der tilbyder tilstrækkelig passage af vandlevende organismer, reducerer hindringer for bevægelse af fisk, dyreliv og andet vandliv, der kræver gennemstrømning. Dårligt designede kulverter er også mere tilbøjelige til at blive fastklemt med sediment og snavs under mellemstore til store regnhændelser. Hvis kulverten ikke kan passere vandmængden i vandløbet, kan vandet løbe over vejen. Dette kan forårsage betydelig erosion og i sidste ende vaske kulverten ud. Voldmaterialet, der vaskes væk, kan tilstoppe andre strukturer nedstrøms, hvilket også får dem til at mislykkes. Det kan også skade afgrøder og ejendom. En struktur i passende størrelse og hård bankpansering kan hjælpe med at lette dette pres.

Akvatisk organisme passage kompatibel kulvertudskiftning i Franklin, Vermont, lige opstrøms fra Carmi -søen

Udskiftning af kulvertstil er en udbredt praksis inden for restaurering af vandløb. Langsigtede fordele ved denne praksis omfatter reduceret risiko for katastrofalt svigt og forbedret fiskegang. Hvis bedste forvaltningspraksis følges, er kortsigtede virkninger på akvatisk biologi minimale.

Fiskegang

Yderligere information: Fisketrappe

Mens kulvertudledningskapaciteten stammer fra hydrologiske og hydrauliske ingeniørhensyn, resulterer dette ofte i store hastigheder i tønden, hvilket skaber en mulig fiskegennemgangsbarriere. Kritiske kulvertparametre med hensyn til fiskpassage er tøndeens dimensioner, især dens længde, tværsnitsform og inverteringshældning. Fiskeres adfærdsmæssige reaktion på kulvertdimensioner, lysforhold og flowturbulens kan spille en rolle i deres svømningsevne og kulvertpassagerate. Der er ingen enkle tekniske midler til at fastslå de turbulensegenskaber, der er mest relevante for fiskepassage i kulverter, men det er underforstået, at strømningsturbulensen spiller en central rolle i fiskeadfærd. Samspillet mellem svømmefisk og hvirvelstrukturer involverer en bred vifte af relevante længder og tænder. Nylige diskussioner understregede rollen som sekundær strømningsbevægelse , overvejelser af fiskedimensioner i forhold til spektrum af turbulensskalaer og turbulente strukturs gavnlige rolle, forudsat at fisk er i stand til at udnytte dem. Den nuværende litteratur om kulvertfiskpassage fokuserede mest på hurtigt svømmende fiskearter, men et par undersøgelser argumenterede for bedre retningslinjer for småfiskede fisk inklusive unge. Endelig er en solid forståelse af turbulens -typologi et grundlæggende krav til ethvert vellykket hydraulisk konstruktionsdesign, der fremmer opstrøms fiskegang.

Minimum energitabskulver

Bølgepap Culvert

I kystnære sletter i Queensland , Australien, stiller voldsomme regnskyl i den våde sæson en stor efterspørgsel på kulverter. Oversvømmelsletternes naturlige hældning er ofte meget lille, og lidt fald (eller hovedtab ) er tilladt i stikkene. Forskere udviklede og patenterede designproceduren for minimale energitabskulver, der giver lille tilstrømning.

Et minimalt energitab kulvert eller vandveje er en struktur designet med begrebet minimalt hovedtab. Strømmen i tilgangskanalen trækkes sammen gennem et strømlinet indløb i cylinderen, hvor kanalbredden er minimum, og derefter udvides den i en strømlinet udløb, før den endelig frigives til den nedstrøms naturlige kanal. Både indløbet og udløbet skal strømlines for at undgå betydelige formtab. Tøndeomvendt sænkes ofte for at øge udledningskapaciteten.

Begrebet minimale energitabskulver blev udviklet af en shire -ingeniør i Victoria og en professor ved University of Queensland i slutningen af ​​1960'erne. Mens en række små strukturer blev designet og bygget i Victoria, blev nogle større strukturer designet, testet og bygget i det sydøstlige Queensland.

Skovbrug

I skovbruget kan korrekt brug af krydsdræningskulverter forbedre vandkvaliteten, samtidig med at skovdriften kan fortsætte.

Se også

  • Bro  - struktur bygget til at spænde over fysiske forhindringer
  • Klapbro  - Bro dannet af store flade sten
  • Dræning  - Fjernelse af vand fra et område
  • Fiskestige  - Struktur, der gør det muligt for fisk at vandre op ad floden omkring barrierer
  • Lav vandkryds
  • Sanitær kloak  - Underjordisk rør eller tunnelsystem til transport af spildevand fra huse eller bygninger til rensningsanlæg eller bortskaffelse
  • Underjordisk flod  - Flod, der løber helt eller delvist under jorden

Noter

Referencer

eksterne links