2. Конструкции дорожных водопропускных труб
2.1. Круглые и овоидальные железобетонные трубы
Типовыми проектами разработаны и рекомендуются к применению звенья круглых железобетонных труб (рис. 2) с отверстиями диаметром 0,5; 0,75; 1,0; 1,25 и 1,5 м.
Звенья с отверстием диаметром 0,5 м применяют только на съездах и армируют одиночной арматурой. Звенья с отверстием 0,75 м используют при насыпях высотой до 1,5 м. Трубы с отверстием 1,0 - 1,5 м применяют при насыпях, высота которых не превышает 7,5 м. Длина таких звеньев принята равной 2,0 и 3,0 м; армирование выполняют двойной спиральной рабочей арматурой периодического профиля класса А- II. В качестве продольной распределительной арматуры применяют арматуру класса A-I. Толщина стенок звеньев изменяется от 8 до 16 см. Бетонирование звеньев осуществляется гидротехническим бетоном класса В3О с морозостойкостью F200 и водонепроницаемостью W6.
Существенным недостатком круглых железобетонных труб является сложность обеспечения надежного контакта цилиндрической поверхности с основанием или фундаментом. Даже применение лекальных блоков не всегда обеспечивает равномерное опирание
Рис. 2. Конструкция железобетонного звена круглой трубы:
1-2 - рабочая кольцевая арматура, 3 - продольная распределительная арматура
11
звеньев, что часто вызывает их разрушение. С целью устранения этого недостатка новым типовым проектом рекомендуются для применения круглые железобетонные трубы с отверстием 1,0; 1,25; 1,5 и 2,0 м, имеющие плоскую подошву (рис. 3,а). Длина звеньев 2 и 3 м, толщина стенки изменяется от 10 до 24 см. Ширина подошвы принята равной 0,8 м. Основная рабочая арматура периодического профиля, класса А- III, выполняется двойной спиралью, как это предусмотрено в обычных звеньях. Кроме того, пята армируется дополнительными сетками.
Трубы с отверстием 1,0 и 1,25 м запроектированы для насыпей высотой 7 и 8 м соответственно, а трубы с отверстием 1,5 и 2,0 м — под насыпи высотой 20 м.
Уместно отметить следующее обстоятельство. В круглых трубах при высоких насыпях возникают значительные изгибающие моменты. Существенно уменьшить их можно, придав поперечному сечению трубы овоидальное очертание (рис. 2,б) с осью, близкой к кривой давления. В этом случае верхний свод будет работать как внецентренно сжатый элемент, что позволит запроектировать оптимальную схему армирования. По-видимому, такая конструкция труб будет наиболее эффективной при насыпях высотой более 10 — 12 м, несмотря на сложность их изготовления.
В практике автодорожного строительства овоидальные трубы используют редко.
Рис. 3. Конструкции круглого (а) и овоидального (б) звеньев с плоской подошвой:
1 - спираль наружная; 2 - спираль внутренняя; 3 - арматурная сетка пяты, 4 - хомуты; 5 - арматурная спираль свода
12
Рис. 4. Схема труб из длинномерных коллекторных звеньев на жестком фундаменте (а) и на щебеночно-песчаной подушке (б):
1 - длинномерные звенья; 2 - щебеночно-песчаная подушка; 3 - фундаментные блоки; 4 - вставка из монолитного бетона
Дорожно-строительные организации при сооружении водопропускных труб охотно применяют железобетонные звенья, предназначенные для коллекторов, длиной 5 — 6 м.
Данные обследований труб, построенных из таких звеньев, свидетельствуют о том, что они находятся в хорошем состоянии, практически не приобрели за время эксплуатации каких-либо существенных дефектов и по качеству значительно превосходят водопропускные трубы, построенные в тех же условиях, но из типовых короткомерных звеньев
Технико-экономическое сравнение показателей труб, сооружаемых из обычных (коротких) звеньев, и труб из длинномерных звеньев показывает, что наряду с существенной экономией дефицитных материалов таких, как металл и цемент, существенно сокращаются затраты труда и снижаются общие приведенные сопоставимые затраты.
Воронежским филиалом ГипродорНИИ были разработаны проектные решения водопропускных труб из длинномерных звеньев. Задача заключалась в привязке этих звеньев к ранее разработанным типовым проектам, т.е. в замене короткомерных (метровых) звеньев без учета особенностей их работы как конструкций дорожного сооружения. Предусмотрено два варианта труб: бесфундаментные и на жестких фундаментах (рис, 4).
Центрифугированные звенья выполнены из обычного железобетона, а виброгидропрессованные — из предварительно напряженного. Заметим, что это первый случай применения предварительно напряженных конструкций водопропускных труб в практике дорожного строительства.
Разработаны конструкции труб из обычного железобетона с отверстием 1,0; 1,25 и 1,5 м, а из предварительно напряженного
13
железобетона — 1,0; 1,2 и 1,6 м. В обоих случаях длина звеньев составляет 5 м. На одном конце звенья имеют раструбные уширения, под которыми в процессе строительства устраивают вставки из монолитного бетона. Конструкция длинномерного звена из обычного железобетона приведена на рис. 5.
Запроектированы такие звенья двух типов: нормальные и усиленные. Толщина стенок звеньев зависит от высоты насыпи и диаметра трубы и изменяется от 10 до 11 см.
Армирование звеньев выполнено двойной спиральной арматурой диаметром 8-10 мм при классе арматуры A-I и 6 - 8 мм при классе арматуры А- III. Продольная арматура класса A-I имеет диаметр 6 мм. Бетон плотный гидротехнический класса В20 с расходом цемента не менее 270 кг/м3. Минимальный расход цемента определяется необходимостью обеспечения не только прочности бетона, но и водонепроницаемости стенок труб. По морозостойкости бетон должен выдерживать не менее 200—300 циклов замораживания — оттаивания.
Рис. 5. Конструкция длинномерного звена из обычного железобетона:
а - опалубочный чертеж; б - арматурный каркас
14
Рис. 6. Конструкция длинномерного звена из предварительно напряженного железобетона:
а - опалубочный чертеж; б - арматурный каркас:
1 - арматурная спираль; 2 - разделительные полосы; t - шаг спирали
Звенья из предварительно напряженного железобетона также запроектированы двух типов. Длина звеньев 5 м, толщина стенок изменяется от 7,5 до 10,5 см в зависимости от высоты насыпи и диаметра звена (рис. 6).
Такая конструкция предварительно напряженных железобетонных звеньев в практике дорожного строительства применяется впервые.
Предлагаемая ниже конструкция водопропускных труб из длинномерных предварительно напряженных звеньев принципиально отличается от ранее рассмотренного решения тем, что трубы в этом случае устраиваются бесфундаментными и без специальных оголовков (рис. 7).
Запроектированные для опытного строительства трубы имеют отверстия 0,8; 1,0; 2,2; 1,4 и 1,6 м. Для того чтобы общая длина трубы могла вписаться в габариты поперечного профиля земляного полотна, предусмотрено два типа звеньев длиной 4 и 5 м.
Спиральная рабочая арматура выполняется из высокопрочной проволоки В-II диаметром 3; 4 и 5 мм с постоянным шагом навивки 25 мм. Толщина стенки труб изменяется от 6,5 до 10,5 см. Класс бетона В30 Допустимая высота насыпи в зависимости от диаметра труб изменяется в пределах от 9 до 17,5 м.
15
Рис. 7. Бесфундаментная безоголовочная труба из длинномерных предварительно напряженных звеньев:
1 - длинномерные звенья; 2 - противофильтрационный экран; 3 - песчано-гравийная или песчано-щебеночная подушка; 4 - опорный блок
Звенья имеют одиночный каркас, в качестве которого применяется спиральная арматура из высокопрочной проволоки класса В- II диаметром от 5 до 8 мм. Шаг навивки проволоки изменяется от 15 до 18 мм. Рабочая спираль закрепляется на штампованных полосах П-образной формы. Продольная арматура выполнена из проволоки периодического профиля диаметром 5 мм класса Вр-II Эта арматура подвергается предварительному натяжению после установки каркаса в опалубку. Бетонирование осуществляется мелкозернистым бетоном класса В50. Предварительное напряжение железобетонных звеньев такой конструкции происходит в результате отжатия каркаса спиральной арматуры бетоном, подвергающимся в свою очередь опрессовке высоким давлением горячей воды через резиновый чехол. После снятия опрессовочного давления арматурная спираль стремится вернуться в исходное положение и обжимает затвердевший бетон сердечника трубы.