В дорожном строительстве
ДОРОЖНЫЕ
ВОДОПРОПУСКНЫЕ
ТРУБЫ
МОСКВА 1998
Лисов В.М.Дорожные водопропускные трубы.— М.: Информ.-изд. центр «ТИМР», 1998, 140 с.
В книге рассмотрены конструкции, расчет, экспериментальные исследования, постройка и эксплуатация водопропускных труб под насыпями автомобильных дорог в условиях умеренного климата и в сложных условиях.
Книга предназначена для инженерно-технических работников, занятых проектированием и строительством искусственных сооружений, а также для студентов вузов дорожной специальности.
Ил. 79, табл. 11, библиогр. 19 назв.
Рецензенты
П.М. Саламахин, Д.М. Шапиро, В.А Кострикин
Главный редактор
Информационно-издательского центра
«ТИМР»
Н.Н. Смирнов
Редактор И.K. Петушкова
ISBN 5-87010-105-0
© В.М. Лисов
© Информационно-издательский центр «ТИМР», 1998
___
От автора
Развитие народного хозяйства нашей страны требует постоянного расширения сети транспортных коммуникаций, в частности автомобильных дорог.
Предстоящие широкие масштабы дорожного строительства выдвигают в качестве одной из важнейших задач повышение качества сооружаемых объектов при одновременном снижении их материалоемкости, трудовых затрат и стоимости. Одним из направлений, способствующих решению этой задачи, является разработка и внедрение новых конструкций, совершенствование методов проектирования, строительства и эксплуатации водопропускных труб - наиболее распространенных искусственных сооружений на автомобильных дорогах. Все это требует обобщения и анализа опыта, накопленного наукой и практикой.
По данной проблеме фундаментальная работа проф. К.Х. Толмачева «Трубы на автомобильных дорогах» вышла в свет в 1946 г. Книга имела большое значение для специалистов, занятых в сфере дорожно-транспортного строительства. Однако ее содержание не отражает тех перемен, которые произошли в этой области за истекшие годы. Были опубликованы и другие работы, освещающие, как правило, отдельные вопросы, касающиеся водопропускных труб того или иного типа. Настоящая книга подготовлена на основе комплексного обобщения имеющихся литературных данных и научно-технических отчетов; в ней также использованы разработки и результаты исследований, выполненных автором.
В книге приведены общие сведения и некоторые статистические данные о водопропускных трубах на автомобильных дорогах, а также определены пути их совершенствования. Описаны конструкции водопропускных труб, выполненных из различных материалов, применительно к обычным условиям равнинной местности и в сложных условиях. Большое внимание уделено теории расчета труб
3
под насыпями дорог. Рассмотрены вопросы технологии строительства, а также содержания и ремонта водопропускных труб.
Книга рассчитана на широкий круг инженерно-технических работников, занимающихся проектированием, строительством и эксплуатацией водопропускных труб на автомобильных дорогах, а также может быть рекомендована студентам автодорожных вузов и факультетов.
Автор выражает благодарность рецензентам — профессору кафедры «Мосты и транспортные тоннели» МАДИ (ТУ), доктору техн. наук П.М. Саламахину, заместителю главного инженера Воронежского филиала ГипродорНИИ профессору, доктору техн. наук Д.М. Шапиро, генеральному директору АО «Воронежавтодор», заслуженному строителю РФ В.А. Кострикину за сделанные замечания и полезные рекомендации при рецензировании рукописи.
4
Раздел 1
__
Трубы в обычных условиях
Общие положения и современное состояние
Проблемы водопропускных труб на
Автомобильных дорогах
Основные сведения о трубах, применяемых
в дорожном строительстве
Наиболее распространенным видом искусственных сооружений на автомобильных дорогах являются водопропускные трубы, которые предназначаются для пропуска под земляным полотном дороги постоянных или периодически действующих водотоков с относительно небольшими расходами (до 100 м3/с). Дорожные трубы могут выполнять и иную роль — например, скотопрогонов или пешеходных тоннелей.
При устройстве таких труб по сравнению с малыми мостами сохраняются непрерывность и однообразие проезжей части дороги. Это обстоятельство выгодно характеризует трубы с точки зрения безопасности движения автомобильного транспорта без снижения расчетных скоростей. Кроме того, простота конструкций и способов сооружения делает водопропускные трубы незаменимыми при строительстве автомобильных дорог.
Основными конструктивными элементами трубы являются ее тело, фундамент, входной и выходной оголовки.
Тело трубыпредназначается для восприятия внешних нагрузок, а также для образования необходимого отверстия. Оголовки осуществляют сопряжение обделки с откосами земляного полотна и вместе с тем служат для улучшения условий протекания воды. Оголовки, расположенные с верховой стороны трубы, называются входными, а расположенные с низовой стороны трубы — выходными Фундаментыобделки и оголовка воспринимают передаваемое на них давление и обеспечивают необходимую надежность грунтового основания под трубой.
5
Подводящиеи отводящие укрепленные русласлужат для обеспечения соответствующих условий протекания водного потока на входе в трубу и на выходе из нее в зависимости от его климатических особенностей.
В зависимости от условий строительства трубы подразделяют на два типа: сооружаемые в обычных условиях (равнинной местности) и сооружаемые в сложных условиях (на косогорах, на многолетнемерзлых грунтах и т.п.).
По применяемым для изготовления материалам трубы бывают железобетонными, бетонными, каменными, металлическими, полимерными и деревянными. Преимущественное распространение получили железобетонные трубы. Имеются типовые разработки бетонных труб, которые разрешается строить на дорогах низших технических категорий. Каменные трубы находят применение в основном на горных дорогах. В последние годы возрождены и внедряются в практику дорожного строительства трубы из гофрированного металла. Ведутся исследования и осуществляется опытное строительство труб из волнистого стеклопластика. Деревянные трубы применяют лишь как временные сооружения в районах, богатых лесом.
По форме поперечного сечения трубы постоянного типа могут быть круглыми, прямоугольными, овоидальными, сводчатыми.
Преимущественное распространение получили круглые и прямоугольные трубы. При значительных расходах воды круглые и прямоугольные трубы устраивают многоочковыми: два, три и очень редко - четыре очка. Массовое применение круглых труб предопределяется прежде всего высокими статическими показателями такой формы поперечного сечения сооружения и, кроме того, возможностью широкой индустриализации технологии их изготовления. Прямоугольные трубы по сравнению с круглыми обладают более высокими гидравлическими показателями, но уступают им в статическом и технологическом отношениях. Применение прямоугольных труб эффективно при строительстве косогорных сооружений. Овоидальным трубам может быть придано очертание, соответствующее безмоментному сооружению, однако такая конструкция значительно сложнее в изготовлении, чем круглая. Сводчатая форма поперечного сечения характерна для каменных труб.
В зависимости от количества протекающей воды и предполагаемого режима гидравлической работы водопропускные трубы могут быть безнапорными, полунапорными и напорными. Наиболее распространены безнапорные трубы, работающие неполным сечением. Отметка верха трубы в этом случае превышает, как правило, отметку воды в тальвеге. Особенностью напорных труб является то, что они работают полным сечением. При этом поток в них развивает значительные скорости, что вызывает необходимость надежного
6
укрепления откосов насыпи и отводящего русла. Кроме того, при напорном режиме образуется подпор воды перед трубой, а это требует соответствующего увеличения высоты насыпи. В силу отмеченных недостатков такие трубы применяют сравнительно редко. Полунапорные трубы являются промежуточными между безнапорными и напорными.
По характеру статической работы с окружающей грунтовой засыпкой различают трубы жесткие, упругие и гибкие. В первом случае грунтовая засыпка действует на трубу только как активная нагрузка. Во втором и третьем случаях засыпка участвует в совместной работе с трубой, в процессе деформирования которой возникает упругий отпор грунта, что оказывает благоприятное влияние на величину и распределение расчетных усилий.
Водопропускные трубы в продольном профиле дороги, как правило, располагают в местах с наименьшей черной отметкой. Однако это не предопределяет обязательного строительства трубы в каждом пониженном месте. В случае, когда тальвеги расположены на небольшом расстоянии друг от друга, возможно запроектировать одну трубу, но с большей пропускной способностью, подводя к ней воду из другого тальвега по специальной канаве. Следует иметь в виду, что такое решение может быть рекомендовано лишь при незначительных кратковременных расходах. В случае же постоянного дебета воды лучше прокладывать трубу по естественному логу, чтобы не создавать фильтрации воды из водоотводящих канав в сторону насыпи. Красная линия продольного профиля дороги в месте укладки трубы должна проходить выше контрольной рабочей отметки, определяемой из условия, согласно которому бровка земляного полотна должна быть выше горизонта подпертой воды на 0,5 м.
Расположение водопропускных труб в плане определяется двумя характерными случаями: продольная ось трубы образует с осью дороги прямой угол или пересекается под углом, меньшим 90°. С точки зрения расхода материалов и стоимости сооружения наивыгоднейшим является расположение трубы нормально по отношению к оси дороги. В то же время условия пропуска паводковых вод требуют, чтобы ось трубы совпадала с направлением течения воды, что приводит к косому расположению трубы.
Длина трубы, расположенной косо, всегда больше длины трубы, расположенной нормально по отношению к оси дороги; при малых углах эта разница весьма значительная. В связи с этим в некоторых случаях может оказаться целесообразным исправление русла на косом пересечении узкого тальвега или спрямление русла при широком тальвеге с устройством прямой трубы.
7
Трубы представляют собой сооружения, расположенные в теле земляного полотна, поэтому принципиально их возможно устраивать на любом участке дороги в случае любого сочетания элементов плана и профиля.
При проектировании необходимо стремиться к созданию однотипных конструкций труб на всем протяжении строящейся дороги, широко используя типовые решения. К составлению индивидуальных проектов труб следует прибегать в исключительных случаях, с соответствующим технико-экономическим обоснованием, при отсутствии возможности применения других вариантов.