Режимы протекания воды в трубе

 

В зависимости от глубины подтопления и ти­па входного оголовка в трубах устанавлива­ются следующие режимы протекания воды:

безнапорный, если напор H меньше высоты трубы h_тp на входе либо превышает ее не более чем на 20%. На всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность (рис. 6, а);

полунапорный, возникающий при оголовках обычных типов в тех случаях, когда подпор превышает высоту трубы на входе более чем на 20%. На входе труба работает полным се­чением, а на всем остальном протяжении поток имеет свободную поверхность (рис. 6, б);

напорный режим, который устанавливается при специальных входных оголовках обтекае­мой формы и при подтоплении верха трубы на входе более чем на 20%. На большей части длины труба работает полным сечением, и лишь у выхода поток может иметь свободную по­верхность (рис. 6, в).

Рис. 6. Режимы работы труб: а) - безнапорный; б) – полунапорный; в) – напор ный

 

При значительном подтоплении входа в тру­бе напорный режим может возникать периоди­чески и при оголовках обычных типов. Однако из-за прорыва воздуха через образующуюся у входного отверстия воронку на свободной по­верхности воды протекание потока в этом случае переходит часто на полунапорный режим.

В соответствии с действующими нормами проектирования труб [1] следует соблюдать следующие требования:

1) водопропускные трубы на автомобильных дорогах, как правило, проектировать на безнапорный режим работы;

2) полунапорный инапорный режимы работы допускается предусматривать для пропуска только расчетного расхода, при этом под оголовками и звеньями следует предусматривать фундаменты, а при необходимости также противофильтрационные экраны;

3) при напорном режиме следует предусматривать специальные входные оголовки и обеспечивать водонепроницаемость швов между торцами звеньев и секциями фундаментов, надежное укрепление русла, устойчивость насыпи против напора и фильтрации;

4) для труб, расположенных в районах со средней температурой наружного воздуха наиболее холодной пятидневки ниже минус 40° С, не допускается предусматривать полунапорный и напорный режимы работы, за исключением случаев расположения труб на скальных грунтах.

Возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы в любом поперечном сечении над поверхностью воды в трубе при максимальном расходе расчетного паводка и безнапорном режиме работы должно быть в свету: в круглых и сводчатых трубах высотой до 3,0 м - не менее 1/4 высоты трубы, свыше 3,0 м - не менее 0,75 м; в прямоугольных трубах высотой до 3,0 м - не менее 1/6 высоты трубы, свыше 3,0 м - не менее 0,50 м [1].

Засыпка труб, укрепления

 

Для обеспечения равномерного давления на элементы труб и предотвращения размыва насыпи тело трубы должно быть заклю­чено в массив плотного, водонепроницаемого, мягкого, хорошо уп­лотненного грунта (суглинки, глины), который должен возвышать­ся не менее чем на 0,5 м над верхом трубы. В прямоугольных тру­бах оголовки засыпают дренирующим грунтом.

Возвышение бровки земляного полотна на подходах к трубам над уровнями воды при паводках (с учетом подпора и аккумуляции) следует принимать не менее 0,5 м, а для труб при напорном или полунапорном режиме работы - не менее 1,0 м. Кроме того, при назначении высоты насыпи на подходах к трубам следует соблюдать требования по возвышению поверхности покрытия над уровнем грунтовых и поверхностных вод, установленные СНиП 2.05.02-85, [2].

Отметка верха укрепления откосов насыпей у труб должна быть выше уровня подпора не менее чем на 25 см, при этом возвышение бровки земляного полотна над уровнем воды должно быть не ме­нее 0,5 м при безнапорном режиме и не менее 1,0 м  - при напорном или полунапорном режиме.

Для предотвращения размыва подводящее и отводящее русла в зависимости от ско­рости потока укрепляют бетонными плитками, бетонными блоками по щебеночной подготовке, монолитным бетоном, мощением камнем на цементном растворе по щебеночной подготовке или каменной наброской.

У косогорных труб, к которым относятся трубы, расположенные на местности с уклоном более 2‰, на выходе должны быть спе­циальные устройства для гашения энергии. Прямоугольные трубы и большинство круглых возводят со ступенчатым расположением звеньев, что приводит к уменьшению сечения и должно быть обос­новано гидравлическим расчетом (рис. 7).

Рис. 7. Косогорная труба:

1 — укрепление русла на входе; 2 — звенья трубы; 3 — фундамент секции;

4 — быстроток

Нормативные отверстия труб

 

По требованиям СНиП «Мосты и трубы» [1]:

1) отверстие (высоту в свету) труб назначают, как правило, не менее:   

1,0 м - при длине трубы до 20 м;

1,25 м - при длине трубы 20 м и более;

2) отверстия труб на дорогах ниже II категории допускается принимать равными:

1,0  - при длине трубы до 30 м;

0,75 - при длине трубы до 15 м;

0,5  - на съездах при устройстве в пределах трубы быстротока (уклон 10 ‰ и более) и ограждений на входе;

3) в обоснованных случаях на улицах и дорогах местного значения, а также в районах орошаемого земледелия, в поселках и сельских населенных пунктах на автомобильных дорогах ниже II категории допускается применение труб отверстием 0,5 м при длине трубы до 15 м, устройстве в пределах трубы быстротока (уклон 10 ‰ и более) и ограждения на входе;

4) отверстия труб на внутрихозяйственных автомобильных дорогах при длине трубы 10 м и менее допускается принимать 0,5 м%

5) отверстия труб на автомобильных дорогах общего пользования в районах со средней температурой наружного воздуха наиболее холодной пятидневки ниже минус 40° С с обеспеченностью 0,92 следует назначать не менее 1,5 м независимо от длины трубы;

6) отверстия труб и малых мостов допускается увеличивать для использования их в качестве пешеходных переходов, скотопрогонов, а в случае технико-экономической целесообразности - для пропуска автомобильного транспорта (низких, узкозахватных сельскохозяйственных машин) с обеспечением соответствующих габаритов.

Строительный подъем

 

При возведении трубам придают строительный подъем (по лот­ку в продольном направлении) по круговой кривой. Исключение составляют трубы, устроенные на скальных грунтах и на свайных фундаментах. Требования СНиП «Мосты и трубы» [1] к величине строительного подъема приведены в табл.1.

Таблица 1

Строительный подъем труб

Высота насыпи, h, м	Условие назначения величины строительного подъема
свыше 12 м	C расчетом ожидаемых осадок от веса грунта насыпи. (Допускается использовать методику, применяемую при расчете осадок фундаментов)
12 м и менее	1/80 h	при фундаментах на песчаных, галечниковых и гравелистых грунтах основания;
	1/50 h	при фундаментах на глинистых, суглинистых и супесчаных грунтах основания;
	1/40 h	при грунтовых подушках из песчано-гравелистой или песчано-щебеночной смеси

 

 

Отметки лотка входного оголовка (или входного звена) трубы следует назначать так, чтобы они были выше отметок среднего звена трубы как до проявления осадок основания, так и после прекращения этих осадок [1].

 

Требования к материалам железобетонных труб

Железобетонные трубы изготавливают из тяжелого бетона со средней плотностью от 2200 до 2500 кг/м³ классом не ниже В20, водонепроницаемостью не меньше W6. В зависимости от климати­ческих условий местности марка бетона по морозостойкости долж­на быть: для умеренных условий (среднемесячная температура наи­более холодного месяца минус 10 °С и выше) F 200, для суровых и особо суровых условий – F 300.

Арматурную сталь применяют в основном классов AI, АII и AIII. На заводах круглые трубы изготавливают центрифугирован­ным способом с толщиной стенок 10—24 см. При строительстве из условий унификации входной и выходной оголовки выполняют оди­наковыми, предпочтительно коническими.

Арматурный каркас круглых труб состоит из двух рядов рабо­чей арматуры, расположенной по окружности и выполненной в ви­де спирали (рис. 8, а), поперечной арматуры в виде хомутов и распределительной продольной арматуры. Лекальные блоки (рис. 8, б, в) армируют конструктивно.

 

Рис 8. Схема армирования труб:

 а) – звена круглой трубы; б, в) – лекального блока; г) – круглой с плоским опиранием; 1 – наружная рабочая арматура; 2 – внутренняя рабочая арматура;

3 – распределительная арматура; 4 – хомуты

Фундаменты труб

Стабильность проектного положения секций фундаментов и звеньев водопропускных труб в направлении продольной оси сооружений должна быть обеспечена устойчивостью откосов насыпи и прочностью грунтов основания [1].

Для надежного опирания на грунт и противодействия сдвигу портальная стенка, откосные крылья и звенья оголовков должны опираться на фундаменты, глубина заложения которых зависит от типа основания: при пучинистых грунтах – на 0,25 м больше рас­четной глубины промерзания в районе строительства; при непучинистых грунтах – не менее 1,25 м. При скальных грунтах глубину заложения фундаментов оголовков можно уменьшить.

В зависимости от типа грунтов основания, их несущей способ­ности, уровня грунтовых вод и высоты насыпи тело круглых труб может опираться на бетонный фундамент, гравийно-песчаную по­душку или на спрофилированное по очертанию трубы земляное ло­же. В связи с тем, что давление от веса насыпи и временной под­вижной нагрузки по длине трубы неодинаково, различны и дефор­мации основания даже при однородных грунтах. Чтобы предотвра­тить расстройство стыков звеньев труб, их сборные или монолит­ные бетонные фундаменты выполняют секциями (блоками) длиной 1,5–3 м. Деформационные швы между секциями (3–5 см) допус­кают вертикальные перемещения смежных секций без нарушения целостности тела трубы и стыков ее элементов. При сооружении секций фундаментов длиной более 5 м (или сплошного фундамента на всю длину трубы) фундамент необходимо рассчитывать на изгиб в продольном направлении и соответствующим образом армировать. Как правило, сплошные фундаменты неэкономичны.

Бесфундаментные трубы (рис.9, а, б) можно выполнять при крупнообломочных и плотных песчаных (кроме пылеватых) грун­тах, а также твердых и полутвердых глинистых грунтах с услов­ным сопротивлением R₀=250 кПа. Типовые конструкции бесфундаментных труб диа­метром 1,0 м выдерживают давление от веса насыпи высотой до 7 м. Бесфундаментные трубы (см. рис. 9, б) можно укладывать и на скальные грунты при насыпях высотой до 15 м.

Рис. 9. Бесфундаментные (а, б) и фундаментные (в, г, д) трубы:

1 – обмазочная гидроизоляция; 2 – подготовка из гравия или щебня;

3 – гравийно-песчаная подушка; 4 – лекальный блок;

5 – монолитная или сборная плита; 6 – монолитный фундамент

 

Фундаментные трубы (рис. 9, в–д) применяют при диамет­рах более или равных 1 м. Ширину подошвы фундамента трубы определяют ис­ходя из несущей способности грунта. Типовые трубы d=1,0 м раз­работаны для насыпей высотой до 7 м, трубы больших диаметров могут быть использованы для насыпей до 20 м. При недостаточной несущей способности грунтов основания фундаменты сборного ти­па (см. рис. 9, г) и монолитные фундаменты (см. рис. 9, д) используют как ростверки свайных фундаментов.

Гидроизоляция труб

 

Наружные поверхности элементов труб покрывают обмазочной или оклеечной гидроизоляцией. Обмазочная изоляция состоит из двух слоев горячей или холодной битумной мастики, которую наносят по грунтовке из битумного лака. Оклеечная изоляция состоит из трех слоев битумной мастики, армируемой двумя слоями мешковины или щелочестойкой стеклоткани. Для предохранения гидроизоляции от повреждений во время засыпки трубы поверх изоляции выполняют защитный слой. При многоочковых трубах пазухи между трубами заполняют бетоном (см. рис 2, б), поверх которого устраивают гидроизоляцию.

Особое внимание уделяют тщательности выполнения швов между звеньями труб (рис. 10).

 

Рис. 10. Стыки звеньев труб с обмазочной гидроизоляцией:

а) – гладкие звенья; б) – раструбные звенья; 1 – звено трубы; 2 – отделочный слой из горячей битумной мастики толщиной 1,5 – 3 мм; 3 – мешковина или щелочестойкая стеклоткань; 4 – горячая асбестоцементная или асбестобитумная мастика; 5 – битум­ный лак; 6 – цементный раствор; 7 – пак­ля, пропитанная битумом; 8 – горячая ас­бестобитумная мастика

 

Основным элементом, обеспечивающим герметичность швов, является плотно утрамбованная (зачеканенная) пакля, пропитан­ная битумом.