4. Конструктивные решения, улучшающе пропуск паводковых вод, гидравлические расчеты водопропускных труб

С целью возможности использования металлических гофрированных труб в условиях Севера Западной Сибири при обеспеченной их долговечности Сибгипротрансом запроектирована, а СМП-329 Тюменстройпуть при участии СибЦНИИСа построена опытная трех очковая труба с расположением очков в разных уровнях [50]. Схема возведения трубы приведена на рис. 28.

Рис. 28. Схемы возведения трех очковой трубы с разными уровнями положения

а - начало засылки; б и в - промежуточные этапы засыпки и уплотнения грунта; г - окончание работ по выполнению призмы засыпки

Принятое конструктивное решение обесценивает полную работу трех очков только в период паводка. В остальное время воду пропускает одна труба, расположенная в нижнем уровне. Такой прием снижает возможность заиливания трубы и образования коррозии металла. В случае замерзания воды в трубе значительно уменьшается опасность полного закупоривания ее льдом. При возведении трубы использовали тяжелую грунтоуплотнительную технику, что позволило отсыпать грунтовую призму слоями по 0,5-0,6 м. При монтаже трубы и ее засыпке измеряли вертикальные и горизонтальные деформации диаметров поперечных сечений, снимали продольные профили. Результаты наблюдений спустя три года после строительства показали правильность принятого решения.

В работах [51, 52] предложены два варианта диафрагм (рис. 29), улучшающих пропускную способность труб без оголовков.

Рис. 29. Безоголовочные трубы с диафрагмами на входе:

а - с горизонтальной диафрагмой; б - с наклонной диафрагмой

Вопросы защиты от размыва отводящих русл в нижних бьефах дорожных труб освещены в работах [53-57].

На основании экспериментальных данных и опыта эксплуатации установлено, что бетонные укрепления отводящих русл значительно меньше гасят энергию потока на выходе из трубы, чем мощение и каменная наброска.

Дня ликвидации размыва необходимо: равномерное распределение средних скоростей и глубин по ширине укрепления; в случае образования размыва формирование режима сопряжения потока с нижним бьефом, создавая условия для эффективного гашения кинетической энергии.

Типовое решение по возведению бетонных укреплений с предохранительным откосом без каменной наброски не эффективно, так как при этом гасится только 3-4% энергии потока 2%-ной вероятности, и место размыва практически удаляется от оголовка (от места крепления). В условиях неустановившегося режима движения потока необходимо гасить его энергию на мягком деформируемом креплении, включая в работу грунт основания.

Для проверки теории и лабораторных экспериментов в 1977 г. при ремонте выходного русла железобетонной трубы диаметром 1,5 м было выполнено "мягкое" укрепление из ВПР-10. В этот период глубина размыва в пределах раструба составляла 0,95 м. "Мягкий" материал длиной 3 м и шириной 4,7 м был выполнен взамен предусмотренного проектом укрепления монолитным бетоном толщиной 12 см на той же площади. Конструкция укрепления приведена на рис. 30.

Рис. 30. Конструкция укрепления выходного русла "мягким" материалом:

а - продольный разрез; б - вид в плане; 1 - полотнище "мягкого" материала; 2 - стержень крепления полотнища; 3 - металлическая труба с прорезью для полотнища; 4 - бетонный упор; 5 - деревянные пробки; 6 - труба; 7 - грунт; 8 - анкерный штырь

За период эксплуатации износа укрепления и размывов не наблюдалось. Новый тип крепления массой 10 кг можно монтировать и демонтировать за 10-15 мин, что принципиально меняет технологию и организацию строительных работ [54].

Примеры расчета деформаций дна и размеров обычных укреплений приведены в методических рекомендациях [57], а гидравлические расчёты труб, водобойных колодцев, быстротоков - в работе [58].

Гидравлические расчеты водопропускных труб из гофрированного металла [1, 59] показывают, что их пропускная способность при безнапорном и полунапорном режимах на 5-7% больше, чем гладких труб. Это объясняется тем, что шероховатость внутренней поверхности трубы не оказывает влияния на гидравлическую работу.

Теоретические и экспериментальные исследования водопропускных труб приведены в работах [60-67]. В 1985 г. на IV Республиканской конференции в Саратове была заслушаны доклады по научно-техническим проблемам гидравлики дорожных водопропускных сооружений.