водопропускные трубы АД(круглые)
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический
университет им. И. И. Ползунова»
Г.С. Меренцова
ВОДОПРОПУСКНЫЕ ТРУБЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ
Учебно-методическое пособие
Изд-во АлтГТУ Барнаул ∙ 2011
УДК 625.7
Меренцова, Г. С. Водопропускные трубы автомобильных дорог / Г. С. Меренцова, Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. – Барнаул : Изд-во АлтГ-
ТУ, 2011. - 23 с.
В учебно-методическом пособии рассмотрено проектирование водопропускных труб на автомобильных дорогах с учетом местных условий. Приведены особенности проектирования водопропускных труб на косогорах. Представлен порядок расчета длины водопропускной трубы.
Учебно-методическое пособие рекомендовано студентам дневной и заочной форм обучения специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы» при изучении дисциплин «Технология и организация строительства автомобильных дорог» и по курсовому и дипломному проектированию. Структура и содержание учеб- но-методического пособия соответствуют образовательному стандарту высшего профессионального образования ГОУ ВПО АлтГТУ.
Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры
"Строительство автомобильных дорог и аэродромов"
протокол № _3_ от _8.11.2011г_
2
|
СОДЕРЖАНИЕ |
|
1 |
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ …………………………………………………..... 4 |
|
|
|
6 |
2 |
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ.................................. |
|
3 |
МЕСТНЫЕ УСЛОВИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ ТРУБ НА ТРАССЕ ПРО- |
|
ЕКТИРУЕМОЙ ДОРОГИ ………………………………………………. |
10 |
|
4 |
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ТРУБЫ ……………………………………….. 12 |
|
5 |
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТРУБ НА КОСОГОРАХ…… |
14 |
6 |
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТРУБ …………........ 18 |
|
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………...... |
|
|
Приложение А - Расход материалов и объемы основных работ …………....... |
|
3
1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В настоящее время при проектировании водопропускных труб под насыпями на дорогах, в том числе и на сельских внутрихозяйственных, применяются различные конструкции труб. Водопропускная труба – это искусственное сооружение, предназначенное для пропуска ливневых вод или небольших постоянно действующих водотоков и имеющее над собой земляную засыпку. Трубы используются для пропуска поверхностных вод в кюветах на пересечении дорог в одном уровне и на съездах, а также в качестве путепроводов тоннельного типа, скотопрогонов и др.
По форме сечения трубы бывают круглые, прямоугольные, овоидальные, сводчатые, трапецеидальные и треугольные.
Материалами для их постройки служат: камень, бетон, железобетон, металл и др. В настоящее время на местных дорогах строят только сборные железобетонные круглые и прямоугольные трубы или сборно-монолитные прямоугольные, в которых перекрытие железобетонное сборное, стенки и фундамент
– монолитные бетонные или каменные.
При проектировании дороги, особенно при малой высоте насыпи, часто приходится выбирать одно из искусственных сооружений – малый мост или трубу. При сравнении технико-экономических показателей мостов и труб, имеющих незначительное отличие, следует отдавать предпочтение трубе, так как:
-устройство трубы в насыпи не нарушает непрерывности земляного полотна и однообразия дорожного покрытия, улучшает эксплуатационные качества и безопасность движения на дороге;
-эксплуатационные расходы на содержание трубы значительно меньше, чем малого моста;
-трубы меньше, чем мосты, чувствительны к возрастанию временных нагрузок, и при высоте засыпки над трубой более 2 м влияние их на трубу снижается, а затем, по мере увеличения этой высоты, практически не оказывает никакого влияния;
-динамическое воздействие временных нагрузок гасится в теле насыпи и не передается на трубу;
-высота трубы не зависит от высоты насыпи, длина ее увеличивается с ростом высоты насыпи при почти постоянных размерах сечения;
-водопропускная способность труб выше пропускной способности мостов малых отверстий;
-современные конструкции труб при любых высотах насыпи требуют меньшего расхода материалов, чем малые мосты, следовательно, и стоимость их меньше.
Следует учитывать, что для устройства трубы требуется высота насыпи, превышающая 1,5–2,0 м; труба может заиливаться и не работать полным отверстием, что приводит к образованию подпора перед насыпью и затоплению сельскохозяйственных угодий. Иногда в населенных пунктах с эстетических и других соображений чаще строят мосты.
4
Конструкция трубы (рисунок 1) состоит из средней части, входного и выходного оголовков. По длине труба делится на секции и звенья. Длина секции зависит от грунтовых и производственных условий, но не должна превышать 5 м. Между секциями устраивают деформационные швы толщиной 3 см для предотвращения излома трубы от неравномерной осадки.
Рисунок 1 – Основные элементы трубы
Основная часть трубы – звенья, одинаковые по всей длине трубы, за исключением входных. Длина звеньев обычно назначается равной 1 м и не превышает 1,5 м. В отдельных случаях длина звеньев может быть 3–5 м. При длине звеньев 3 м и больше их необходимо проверять на изгиб и по деформациям вдоль трубы. Между звеньями устраиваются деформационные швы толщиной 1 см. Для предотвращения просачивания воды из трубы в насыпь на поверхность трубы, соприкасающейся с грунтом насыпи, наносят специальную гидроизоляцию, а швы заделывают раствором.
При входе и выходе из трубы устраивают оголовки (рисунок 2), которые плавно вводят поток в трубу и выводят его, снижают сопротивление движению воды и повышают пропускную способность трубы, а также уменьшают опасность размыва насыпи и русла. Оголовки и звенья часто устраиваются на фундаментах. Из-за большего промерзания грунта в начале трубы, чем в ее середине, а также для предотвращения подмывов под оголовками фундаменты делают более глубокого заложения, чем под остальной частью трубы. Для лучшего ввода потока в трубу во входных оголовках обычно устраивают повышенные
5
звенья. Для круглых труб вместо повышенных делают конические звенья. У выходного оголовка могут быть цилиндрические звенья, но в целях унификации конструкций входного и выходного оголовков их часто делают с коническими звеньями.
Рисунок 2 – Типы оголовков: а) портальный, б) коридорный, в) раструбный, г) воротниковый
У входа в трубу и выхода из нее русло водотока защищают от размыва специальным укреплением (уложенными плитами, мощением), на выходе после укрепления устраивают рисберму – углубление, заполненное камнем. Рисберма предотвращает размывы при больших скоростях, создающихся потоком при выходе из трубы. Дно трубы оформляют в виде лотка, имеющего продольный уклон.
2 ПРОЕКТИРОВАНИЕ ВОДОПРОПУСКНЫХ ТРУБ
При проектировании водопропускных труб независимо от назначения строящейся дороги выполняются:
-разработка общей схемы водопропускных сооружений на трассе проектируемой дороги;
-определение площадей бассейнов и их основных характеристик;
-размещение труб в плане, продольном и поперечном профиле;
-выбор и назначение основных размеров и конструкций труб, рациональных для данного объекта проектирования;
-определение притока воды (расхода и объема стока), а также водопропускной способности труб и их гидравлических характеристик;
-выбор и назначение типов укреплений труб, подводящих и отводящих ру-
сел;
-разработка плана организации работ и водоотвода в период строительства
иопределение объемов работ.
В пересеченной местности, когда трубу приходится устраивать для пропуска быстрых периодических водотоков, возможно образование наносов перед входными отверстиями труб или в начале их. Это увеличивает подпор воды перед трубой, что может привести к насыщению насыпи водой. Во избежание этого трубу следует проектировать с тем же уклоном, который имеет естественный поток, а подводящее русло очищать от грунта, способного размываться.
6
Для распределения сосредоточенного давления от колес автомобиля, смягчения динамического воздействия подвижной нагрузки на трубу и создания однообразного покрытия толщина засыпки над звеньями или секциями труб под насыпями должна быть не менее 0,5 м, считая от верха трубы до бровки дорожного полотна (рисунок 3).
Рисунок 3 – Наименьшая высота насыпи в месте укладки трубы
В связи с этим наименьшая высота насыпи (рабочая отметка) Н в местах укладки трубы может быть получена из условия
Н=d=δ+0.5 |
(1) |
где d – внутренний диаметр трубы, м; δ – толщина трубы вверху или толщина звена, м; 0,5 м – наименьшая толщина засыпки под трубой.
Продольный уклон трубы должен соответствовать уклону лога и быть не меньше критического для предотвращения от заиливания отверстия из-за малых скоростей течения воды. Во многих случаях трубам придают уклон больше критического, что позволяет регулировать скорость потока на ее выходе. Это дает возможность регулировать скорость течения и глубину воды в трубе, а также назначать укрепление выходного русла. При расположении труб на косогорах с большими уклонами следует устраивать гасители энергии воды в виде водобойных колодцев, стенок и др.
Отметка лотка (дна) трубы назначается с учетом строительного подъема, который предотвращает застаивание воды на лотке после осадки звеньев и обеспечивает необходимый уклон трубы. Строительный подъем трубы устанавливается на дуге круга в зависимости от грунтов основания и высоты насыпи. При грунтах основания гравийных, галечниковых, песках крупных, средних и мелких, плотных и средней плотности стрела дуги круга равна i/gg высоты насыпи; при супесях, суглинках, глинах плотных и средней плотности – 1/40 высоты насыпи. Отметка лотка у входа должна быть выше самой высокой точки строительного подъема, что предотвращает застой воды перед трубой.
7
Рисунок 4 – Схемы работы трубы в режиме протекания: а – безнапорном; б – полунапорном; в – напорном
Режим протекания воды в трубе может быть: безнапорный, полунапорный и напорный (рисунок 4). Для дорог местного значения, внутрихозяйственных сельских и др. дорог рекомендуются трубы с безнапорным режимом протекания воды. При одном и том же расходе воды напорную трубу можно сделать меньших размеров, а следовательно, более экономичной, чем безнапорную.
При безнапорном режиме вода заполняет не все сечение трубы (рисунок 4,
а).
При полунапорном режиме вода при входе заполняет все сечение, а на некоторой части длины трубы и у выхода имеет свободную поверхность (рисунок
4, б).
При напорном режиме (рисунок 4, в) вода на всем протяжении трубы заполняет полное сечение.
При напорном и полунапорном режиме работы трубы существует опасность сильной фильтрации воды в насыпь, поэтому требуется обеспечить водонепроницаемость швов между звеньями трубы, устойчивость насыпи от напора воды перед трубой и устройство фундаментов.
На местных сельских дорогах при напорном и полунапорном режиме работы трубы существует опасность затопления сельскохозяйственных угодий, находящихся перед трубой, а также заиливание, а иногда и заболачивание с верховой стороны лога. В связи с этим такие режимы работы трубы не рекомендуются.
8
Переход от безнапорного режима к полунапорному и напорному происходит при отношении глубины подпертой воды Н перед входом в трубу к высоте входного отверстия α, равного 1,16. Глубина подпертой воды Н при полунапорном и напорном режиме не должна превышать 4м.
Расчет на воздействие водного потока и назначение высоты насыпи с учетом подпертого уровня воды производится по расчетным расходам. Для труб и насыпей на дорогах IV и V категорий, а также на внутрихозяйственных дорогах вероятность превышения расчетного расхода принимается 3 %, т. е. на расход, повторяющийся один раз в 30 лет. Высота насыпи при расчетном расходе с учетом подпертого уровня воды Н принимается с запасом для безнапорного режима не менее 0,5 м, а для напорного и полунапорного – 1 м.
Отверстие труб назначается из условия пропуска наибольшего расчетного расхода, который определяется при помощи гидравлических расчетов. Отверстие трубы, как правило, назначается не менее 1 м, а при длине трубы более 20 м – не менее 1,25 м. На местных и внутрихозяйственных дорогах допускается применять трубы с отверстием 1 м при длине не более 20 м; 0,75 м – при длине не более 15 м, а на съездах 0,5 м.
Если для пропуска расчетного расхода водотока одного отверстия трубы мало, устраиваются двух- и трехочковые трубы, хотя одноочковые большего сечения экономичнее многоочковых, составленных из звеньев меньшего диаметра.
В безнапорных трубах пропуск наибольшего расчетного расхода обеспечивается, если возвышение высшей части внутренней поверхности трубы под поверхностью воды в трубе будет: для круглых труб – не менее 1/4, для прямоугольных высотой до З м – не менее 1/6 высоты трубы в свету.
При этом необходимо учитывать, что в начале трубы имеется перепад уровня воды. Если назначить высоту трубы с выполнением приведенного условия для начала трубы, то на большей части ее длины высота будет недоиспользована, что неэкономично. Здесь существуют такие приемы проектирования, особенно выгодные для полунапорного и напорного режимов работы трубы (рисунок 5);
-оголовок принимается специальной формы, перепад выводится за пределы трубы (рисунок 5, а), а звенья трубы делают меньшей высоты исходя из глубины воды после перепада;
-в начале прямоугольной трубы устраивают одно или два звена увеличенной высоты (рисунок 5, б);
-первое звено предусматривают коническим (рисунок 5, в).
Рисунок 5 – Схемы расположения перепада в безнапорных трубах:
а– при выносе оголовка за пределы трубы; б – при повышенном звене;
в– при коническом звене
9
Водопропускные трубы под насыпями допускается располагать при любых сочетаниях профиля и плана трассы, отвечающих условиям наиболее благоприятного пропуска водотока через трубу.
Как правило, ось строящейся трубы располагают под прямым углом к оси дороги, однако можно применять и косые трубы, которые способствуют лучшему пропуску водотока через трубу.
3 МЕСТНЫЕ УСЛОВИЯ РАСПОЛОЖЕНИЯ ТРУБ НА ТРАССЕ ПРОЕКТИРУЕМОЙ ДОРОГИ
Трубы располагают в самых низких местах дороги, в местах пересечений автомобильных дорог с ручьями, оврагами, балками, которые на продольном профиле определяются наименьшей черной отметкой (отметкой земли). Выбор места сооружения трубы зависит от очертания тальвега (русла) в пересечении его автомобильной дорогой. Для обеспечения нормальной эксплуатации дороги
кводопропускным трубам предъявляются следующие требования:
-трубы должны обеспечивать беспрепятственное движение автомобилей в любое время года;
-трубы должны пропускать паводки или ливни вероятности превышения соответствующей категории дороги;
-трубы следует проектировать только по типовым проектам из унифицированных сборных элементов промышленного изготовления;
-генеральные размеры труб должны определяться только на основе гидрогеологических и гидравлических расчетов;
-для снижения высоты насыпи разрешается устройство многоочковых
труб;
-не устраивать трубы, особенно круглые на постоянных водотоках, при наличии ледохода и корчехода, а также в местах возможного образования наледей.
Водопропускные трубы на трассе проектируемой автомобильной дороги располагают в зависимости от местных условий. При наличии двух и более лощин с пологими склонами, находящимися близко одна от другой, целесообразно сделать соответствующий водоотвод и пропустить воду из двух или даже трек логов в одну трубу. Обычно водоотвод делается в виде канав, которые подводят воду с соседних логов к трубе или же отводят ее для спуска в сторону. Следует избегать соединения логов водоотводными канавами на косогорах для постройки одной трубы, особенно в тех случаях, когда крутизна заграждаемого лога значительная, а высота насыпи низкая.
От постройки трубы можно отказаться:
-если лог (лощина) расположен вблизи седловины, и воду можно отвести канавами в обе стороны от проектируемой дороги;
-при бассейнах площадью до 1 км2, песчаных почвах и высоких насыпях допускается глухая пересыпка больших логов. В этом случае следует учитывать зону дополнительного подтопления особенно в районе населенных пунктов, животноводческих ферм и пахотных земель.
10