Виды водопропускных труб. Назначение их размеров

Водопропускные трубы — наиболее распространенный вид искусственных сооружений. Число их на железных дорогах в рай­онах с различным рельефом местности составляет 0,3—0,9 трубы, а на автомобильных—1,0—1,4 трубы на 1 км трассы. В целом трубы составляют 75% общего количества искусственных сооружений на дорогах и 40—45 % стоимости общих затрат на постройку искус­ственных сооружений.

Прежде при постройке дорог были распространены каменные и бетонные трубы, но в начале XX в. стали применяться и железо­бетонные трубы. В 1936 г. были разработаны первые типовые круглые железобетонные трубы диаметром 1—2 м звеньями дли­ной 1 м для железных дорог.

С 1962 г. получили распространение типовые унифицирован­ные сборные железобетонные трубы, разработанные Ленгипротрансмостом.

Первые металлические трубы были чугунными, в дальнейшем их вытеснили стальные гофрированные (гибкие) трубы. В России первые гофрированные металлические трубы появились в 1875 г. диаметром 0,53 и 1,07 м. Металлические трубы подвержены вред­ному воздействию агрессивных вод, блуждающих токов, атмосфер­ной и грунтовой коррозии. Однако специальными мероприятиями по защите металла от коррозии удается увеличить срок службы их до 40—50 лет и более.

Железобетонные трубы долговечнее металлических, так как они менее подвержены вредному воздействию агрессивных вод, особенно в случаях, когда отсутствуют металлические элементы в стыковых соединениях. На заводах освоена технология изготовления круглых железобетонных звеньев труб диаметром до 1,5 м на вибростанках.

Водопропускная труба — это искусственное сооружение, пред­назначенное для пропуска под насыпями дорог небольших по­стоянно или периодически дейст­вующих водотоков. В отдельных случаях трубы могут использо­ваться в качестве путепроводов, для прогона скота и т. п.

Расход воды в трубе не должен превышать, как правило, 80— 100 м³/с. При проектировании дороги, особенно при малых высо­тах насыпи, часто приходится решать вопрос выбора одного из двух возможных сооружений — малого моста или трубы. Если тех­нико-экономические показатели этих сооружений примерно одина­ковы, предпочтение отдается трубе, так как наличие трубы в на­сыпи не нарушает непрерывности земляного полотна и верхнего строения пути; эксплуатационные расходы на содержание трубы меньше, чем малого моста.

Влияние подвижного состава при высоте засыпки над трубой более 2 м на нее резко снижается, а затем по мере увеличения высоты насыпи практически теряет свое значение. — Основные элементы водопропускных труб (рис. 16.1): средняя часть (собственно труба), состоящая из секций, оголовки входной и выходной и фундаментые секции воспринимают давление от веса грунта насыпи и расположенной на ней временной нагрузки. Это давление, неодинаково по длине трубы — оно увеличивается к се­редине и уменьшается к оголовкам. Поэтому осадки трубы тоже неравномерны и, чтобы предупредить образование трещин и дру­гие повреждения, секции жестких труб (железобетонных, бетонных и каменных) вместе с фундаментами разделяют деформационными швами, расположенными друг от друга на расстоянии до 5 м. - При возведении трубе придают строительный подъем в про­дольном направлении по круговой кривой со стрелой подъема 1/40-1/80 от высоты насыпи с тем, чтобы предотвратить при эксплу­атации образование впадины в середине трубы и застоя воды.

1В зависимости от материала звеньев трубы могут быть камен­ные, бетонные, железобетонные, металлические (чугунные, сталь­ные гофрированные), деревянные.

Деревянные трубы строят только в качестве временных соору­жений на обходах, временных путях и т. п. Не применяют в нас­тоящее время и каменные трубы, так как они не отвечают совре­менным требованиям индустриализации строительства.

По очертанию отверстия трубы могут быть круглые, прямоу­гольные, овоидальные, эллиптические, арочные, а также треугольные и трапецеидальные (только деревянные); по числу отвер­стий — одно- двух-, и многоочковые.

По характеру протекания воды в трубах могут быть следующие гидравлические режимы: напорный, полунапорный и безнапорный. Напорные трубы, работающие на всем протяжении полным сечени­ем, в ряде случаев оказываются экономичнее безнапорных, но сложность обеспечения водонепроницаемости между звеньями тела трубы и неблагоприятные условия работы насыпи как плотины ог­раничивают их применение.

Возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы над поверхностью воды в ней при расчетном расходе и безнапорном режиме должно быть: в круглых и сводчатых трубах высотой до 3 м не меньше 1/4 высоты трубы в свету; высотой больше Зм — не менее 0,75 м; в прямоугольных трубах высотой до 3 м — не ме­нее1/6 высоты трубы в свету; высотой больше 3 м — не меньше 0,5 м. Эти возвышения определяют на входе в трубу и в трубе, а для труб с 'повышенными звеньями — также на входе в нормаль­ное звено.

В гофрированных трубах возможен частично напорный режим, при котором труба на участке, примыкающем к входу, работает полным сечением и на остальной части имеет свободную поверх­ность.

Оголовки труб предназначены для обеспечения плавного входа и выхода водного потока. Увеличивая этим водопропускную спо­собность труб, они поддерживают откосы насыпи и предотвра­щают продольные деформации трубы от воздействия горизонталь­ного давления грунта насыпи. Известны следующие типы оголов­ков: портальные, состоящие из вертикальной стенки, перпендику­лярной к оси трубы (рис. 16.2, а); коридорные с параллельными стенками постоянной высоты и развернутыми в начале оголовка (рис. 16.2, б); раструбные с откосными крыльями переменной вы-/ соты, расходящиеся от оси трубы (рис. 16.2, в); воротниковые со срезанным параллельно откосу насыпи концевым звеном трубы (рис. 16.2, г); обтекаемые в виде выступающего из насыпи усечен­ного конуса с плоской пятой, называемые коническими оголовка­ми (рис. 16.2, д). Наилучшие условия протекания воды обеспечивают раструбные оголовки в сочетании с коническим или повышен­ным входным звеном (рис. 16.3).

Металлические трубы часто строят без оголовков с наклонной срезкой конца трубы параллельно откосу насыпи или с удлинени­ем трубы до основания откосов насыпи.

                       Рис. 16.2. Типы оголовков труб

Рис. 16.3. Железобетонные трубы:

а — с коническим входным звеном; б — с повышенным входным звеном;

1— оклеечная гидроизоляция; 2 — обмазочная гидроизоляция

Фундаменты труб, обеспечивающие равномерное распределение давления на грунт и объединение звеньев трубы в продольном на­правлении, делают сборными из бетонных блоков или монолитны­ми бетонными.

Звенья железобетонных и бетонных дорожных труб отверстием

до 1,5 м, а также металлические трубы укладывают на щебеночно - песчаную или гравийно-песчаную подушку, а при благоприятных инженерно-геологических условиях — на спрофилированное естестевенное основание; такие трубы называют бесфундаментными.

Оголовки труб устанавливают на бетонные или железобетонные фундаменты, заложенные ниже глубины промерзания. Наружные поверхности железобетонных и бетонных труб покрывают обмазоч­ной или оклеечной гидроизоляцией (см. рис. 16.3).

Основная характеристика трубы — ее отверстие, определяющее водопропускную способность. Очертание и форму отверстия трубы принимают по конструктивным соображениям, а водопропускную способность определяют гидравлическим расчетом. Полученные расчетом гидравлические характеристики должны обеспечивать нормальное протекание воды, чтобы в трубе и у оголовков не воз­никало таких скоростей воды, которые могли бы привести к пов­реждению трубы и размывам грунта насыпи, подводящего и от­водящего русел.

По строительным и эксплуатационным качествам трубы пред­почтительнее малых мостов, но в суровых климатических условиях, в частности на Байкало-Амурской магистрали, применение труб часто ограничивалось в связи с наличием наледей или пучинистых грунтов в основании труб. В этих районах целесообразно примене­ние труб только на сухих логах и постоянных водотоках, на кото­рых исключена возможность появления наледей, а также под вы­сокими насыпями, когда постройка моста нецелесообразна.

В настоящее время наибольшее распространение получили сборные железобетонные и бетонные типовые унифицированные трубы. Железобетонные круглые трубы имеют отверстие от 0,5 до 2,0 м и прямоугольные — от 1,5 до 6,0 м.

Отверстие и высоту в свету труб назначают, как правило, при длине их до 20 м не менее 1,0 м, а при длине трубы больше 20 м — 1,25 м.

Трубы на автомобильных дорогах II категории допускается устраивать отверстием не менее 0,75 м при длине трубы до 15 м, а при длине до 30 м — не менее 1,0 м.

Отверстия труб на железных и автомобильных дорогах в райо­нах со средней температурой наружного воздуха наиболее холод­ной пятидневки ниже минус 40 °С назначают не менее 1,5 м неза­висимо от длины трубы с работой их по безнапорному режиму.

В местах образования наледей применяют прямоугольные трубы отверстием не менее 3,0 м и высотой не менее 2,0 м с сооружени­ем противоналедных устройств. При наличии ледохода или карчехода трубы не применяют.

В северной строительно-климатической зоне нецелесообразно строить напорные и полунапорные трубы, потому что при значи­тельных расходах воды возникает опасность проникания ее че­рез стыки звеньев, что в большие морозы может вызвать разруше­ния.

Одноочковые и многоочковые металлические гофрированные трубы применяют отверстием 1; 1,5; 2 и 3 м, наибольшее распрос­транение получают безоголовочные трубы диаметром 1,5 м. Осо­бенностью металлических гофрированных труб является малая по­перечная жесткость. Однако деформации от внешних нагрузок ог­раничены воздействием на трубу отпора грунта, который обеспечи­вают правильной засыпкой ее грунтом с трамбованием.

Высокая гибкость сплошной по длине гофрированной конструк­ции позволяет ей воспринимать деформации грунтового основа­ния и укладывать ее на грунтовую подушку без фунда­мента (рис. 16.4). Это создает уменьшение стоимости строитель­ства на 30—40 % по сравнению с железобетонными трубами и по­вышает производительность труда в 2—2,5 раза.

Минимальную высоту насыпи в месте расположения трубы оп­ределяют исходя из следующих условий: отметка бровки насыпи в месте расположения трубы должна обеспечивать минимальную толщину засыпки над трубой, которая на железных дорогах составляет не менее 1 м, считая от подошвы рельса до верха конструк­ции звена, а на автомобильных дорогах — 0,5 м от верха проезжей части по оси дороги до верха конструкции звена.

Бровка земляного полотна у трубы должна возвышаться над уровнем подпертых вод с учетом аккумуляции, соответствующей наибольшему расходу для железных дорог и расчетному расходу для автомобильных дорог не менее чем на 0,5 м, а для труб от­верстием 2 м и более при напорном и полунапорном режимах — не менее чем на 1 м.

Рис. 16.4. Основание под металлической гофрированной трубой:

а — при грунтовой подушке; б — при устройстве подбивки; 1 — грунт основания; 2 — подушка; 3 — подбивка

Возвышение высшей точки внутренней поверхности круглых труб в любом сечении над уровнем воды при максимальном рас­ходе и безнапорном режиме должно быть не менее '/4 высоты тру­бы, не превышающей 3,0 м, и не менее 0,75 м при высоте трубы бо­лее 3,0 м. В прямоугольных трубах высотой до 3,0 м указанное выше расстояние должно быть не менее ¹/е высоты трубы, а при высоте трубы более 3,0 м — не менее 0,5 м.

Обязательным и важнейшим конструктивным элементом при сооружении трубы является укрепление подводящего и отводящего русел. Вместе с проводимой унификацией конструкций водопропу­скных труб, кроме старых видов укреплений (каменные отсыпки и мощение), были рекомендованы следующие виды укреплений, кроме районов вечной мерзлоты:

1 — бетонными квадратными плитами размером 49х49Х10см со срезанными углами, укладываемыми на щебеночное основание толщиной 10 см;

2 — бетонными призматическими плитами (блоками П-2);

3 — монолитным бетоном классом по прочности на сжатие не ниже В20 толщиной не менее 8 см;

4 — одиночным мощением и каменной наброской. Тип крепле­ния выбирают с учетом скорости протекания воды, а также в ре­зультате технико-экономического обоснования.