Элемент колодца

Полезная модель относится к области строительства подземных инженерных сооружений, а именно к системам для сетей водоснабжения и водоотведения, и может быть использована при возведении систем, которые эксплуатируются при высоком уровне грунтовых вод, с сезонным подъемом грунтовых вод в средах с различной степенью агрессивности воздействия со стороны окружающего грунта, а также в пластичных и подвижных грунтах.
Из уровня техники известно применение армированных бетонных колец при сооружении колодцев (ООО «Обнинский завод композитных материалов», https://ozkm40.ru/blog/armirovanie-betonnykh-kolets/, дата обращения 15.01.2022). Кольцо колодца представляет собой элемент цилиндрической формы, армированный посредством сетки из стеклопластковых прутков, с торцевыми профилями (паз-гребень). Такая конструкция исключает возможность разрушения кольца при его подъеме за 2 точки, т.е. обеспечивает сохранность при транспортировке и монтаже.
Подобные кольца (элементы колодца) не обеспечивают долговечность колодца в целом по следующим причинам. Армирующая сетка размещена в массе кольца (колец) только в центральной, срединной части кольца (колец); торцевые части (паз-гребень), являющиеся стыковым соединением колец, не содержат армирующую сетку. Поэтому при длительной эксплуатации, а также в случае эксплуатации в агрессивных условиях (пластичные грунты, значительные температурные перепады и т.д.) происходят разрушение стыкового соединения колец, смещение колец относительно друг друга с поломкой элементов паз и гребень и, соответственно, нарушение герметичности с полной потерей функциональности колодца в целом. Кроме того, попытка армировать стыковое соединение стеклопластиком также не обеспечит высокую прочность соединения, поскольку стеклопластиковая арматура является хрупкой при незначительных изгибающих нагрузках, которые возникают при эксплуатации колодца даже в относительно стабильных грунтах.
Наиболее близким по технической сущности является облицованный канализационный колодец (RU152410, опубл. 27.05.2015). Колодец состоит из горловины, лотковой части и рабочей камеры. Элементы сборного колодца выполнены из железобетона и имеют защитную облицовку внутренних поверхностей полиэтиленовым вкладышем, изготовленным из полиэтиленовых листов с анкерными ребрами, имеющими головки Т-образной формы, соединенных непосредственно с бетоном таким образом, что внутренняя поверхность облицованного колодца остается гладкой, при этом размеры полиэтиленовых листов с анкерными ребрами подобраны исходя из размеров железобетонного элемента. Лотковая часть выполнена из бетона. Полиэтиленовый вкладыш установлен в процессе формования железобетонной конструкции колодца при его изготовлении в условиях производства. Элементы колодца соединены друг с другом посредством стыкового соединения паз-гребень, заделанного цементным раствором.
Недостатком известного колодца, выбранного в качестве прототипа, является недолговечность. Это обусловлено тем, что в процессе эксплуатации цементный раствор выкрашивается из смежных элементов колодца вследствие сезонной пучнистости грунта и динамических нагрузок от транспорта, стыковое соединение паз-гребень разрушается, и, следовательно, нарушается герметичность колодца, что приводит к невозможности колодца выполнять свое функциональное назначение (например, колодец деформируется, просаживается асфальт, происходит приток грунтовых вод в систему транспортировки сточных вод и т.п.).
Технической проблемой является создание долговечного и герметичного колодца за счет повышения прочности стыкового соединения элементов колодца.
Технический результат заключается в повышении прочности замкового края элемента колодца (фальцевых стыковых поверхностей).
Технический результат достигается тем, что элемент колодца, включающий стеновую часть и фальцевую торцевую поверхность, выполненную в виде пазогребня, согласно полезной модели, выполнен из бетона класса В30, а гребень фальцевой торцевой поверхности выполнен армированным стержнем класса АIII (А500) толщиной 8-10 мм.
Авторами полезной модели экспериментально было установлено, что высокая прочность стыкового соединения элементов колодца достигается при оптимальной комбинации используемого для литья элементов колодца класса бетона и арматуры. Так авторами проведены натурные испытания колодцев различного типоразмера и используемых материалов (бетона и арматуры) в различных условиях эксплуатации (глубина колодца, вид окружающего грунта и транспортируемой среды, влияние климатических условий и т.д.). Оценка состояния колодцев производилась в течение 10 мес. (каждые 2 месяца) путем визуального контроля внутренней полости колодца и окружающего пространства (на предмет явного просачивания грунтовых вод в колодец, а также на предмет образования ям (провалов) около люков, которые образуются из-за вымывания окружающего колодец грунта). Результаты испытаний приведены в таблице.
Таблица
Диаметр колодца, мм
№ образца
Марка бетона колодца
Класс арматуры
Толщина арматуры, мм
Толщина стенки колодца, мм
Размеры стыкового соединения (высота гребня и паза), мм
Результат
1000
1
В20
АI (А240)
4
120
75
разрушение стыкового соединения, смещение колец, образование ям вокруг колодца
2
В20
АIII (А400)
4
120
85
разрушение стыкового соединения, смещение колец, образование ям вокруг колодца
3
В20
АIII (А500)
4
120
75
выкрашивание стыкового соединения, смещение колец, образование ям вокруг колодца
4
В30
АIII (А500)
6
120
85
выкрашивание стыкового соединения, смещение колец, образование ям вокруг колодца
5
В30
АIII (А500)
8
120
75
разрушение отсутствует, сохранение полной функциональности колодца
6
В40
АIII (А500)
8
120
85
разрушение отсутствует, сохранение полной функциональности колодца
7
В50
АIII (А500)
8
120
75
разрушение отсутствует, сохранение полной функциональности колодца
1200
8
В20
АI (А240)
6
135
75
разрушение стыкового соединения, смещение колец, образование ям вокруг колодца
9
В20
АIII (А400)
10
135
85
выкрашивание стыкового соединения, смещение колец, образование ям вокруг колодца
10
В30
АIII (А500)
6
135
75
выкрашивание стыкового соединения, смещение колец, образование ям вокруг колодца
11
В30
АIII (А500)
10
135
75
разрушение отсутствует, сохранение полной функциональности колодца
12
В40
АIII (А500)
12
135
85
разрушение отсутствует, сохранение полной функциональности колодца
13
В50
АIII (А500)
10
135
75
разрушение отсутствует, сохранение полной функциональности колодца
1500
14
В20
АI (А240)
6
150
75
разрушение стыкового соединения, смещение колец, образование ям вокруг колодца
15
В20
АIII (А400)
10
150
85
выкрашивание стыкового соединения, смещение колец, образование ям вокруг колодца
16
В30
АIII (А500)
6
150
85
выкрашивание стыкового соединения, смещение колец, образование ям вокруг колодца
17
В30
АIII (А500)
10
150
75
разрушение отсутствует, сохранение полной функциональности колодца
18
В40
АIII (А500)
12
150
85
разрушение отсутствует, сохранение полной функциональности колодца
19
В50
АIII (А500)
10
150
75
разрушение отсутствует, сохранение полной функциональности колодца
Анализ таблицы показывает, что в колодцах различных типоразмеров использование низких марок бетона с арматурой малой толщины (образцы №№ 1, 2, 3, 8, 9, 14 и 15) приводит к разрушению колодца в процессе эксплуатации (в периоды замерзания и оттаивания грунта), т.е. стыковые соединения разрушаются, кольца сдвигаются относительно друг друга, что приводит к нарушению герметичности колодца, поступлению в сети канализации большого объема грунтовых вод и вымыванию содержимого колодца в окружающее пространство. Такие колодцы подлежали регулярному ремонту для восстановления цементного раствора, герметизирующего стык, что, однако, не возвращало первоначальную степень герметичности колодца и все равно приводило к увеличению количества дренируемой воды, сбрасываемой на очистные сооружения. Использование более толстой арматуры (образцы №№ 4, 10, 16) все равно не обеспечивало длительное функционирование колодца: происходило локальное выкрашивание стыкового соединения и, соответственно, нарушение герметичности, что, однако, можно было отремонтировать без смены колодца (путем замазывания цементным раствором сколотых участков). Таким образом, установлена наиболее оптимальная комбинация заявленных отличительных признаков, а именно применение бетона класса не менее В30 и арматуры классов класса АIII (А500) толщиной не менее 8 мм для различных типоразмеров стыковых соединений.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена схематичное изображение одного из вариантов выполнения колодца (размер), собранного из элементов колодца с заявленными конструктивными особенностями, на фиг. 2 - укрупненный вид стыкового соединения смежных элементов колодца, на фиг. 3 - вид стыкового соединения смежных элементов колодца, с уплотнительным кольцом.
Полезная модель описана на примере наиболее распространенной конструкции колодца. Колодец содержит следующие элементы: днище 1, несколько стеновых колец 2, кольцо горловины 3, опорное кольцо 4 и люк 5 (дождеприемник). В зависимости от потребностей эксплуатации колодец может содержать и другие элементы, например, плиту перекрытия, плиту перехода, плиту низа, горловину кольца и т.п. (на фигурах не показаны).
Элементы колодца 1-4 в общем виде включают стеновую часть и фальцевую торцевую поверхность, выполненную в виде пазогребня, и выполнены из бетона класса не менее В30. Между собой элементы колодца 1-4 соединены посредством сопряжения фальцевых торцевых поверхностей, т.е. с помощью стыкового соединения 6 «паз-гребень» (фиг. 2).
Гребень фальцевой торцевой поверхности (стыкового соединения 6 «паз-гребень») каждого элемента колодца выполнен армированным стержнем класса АIII (А500) толщиной не менее 8 мм. В качестве арматуры использованы кольца 7 из стальных стержней класса АIII (А500) толщиной не менее 8 мм, расположенные в сопрягаемых элементах стыкового соединения, т.е. в гребне и пазу, как показано на фиг. 2. Используемые стержни имеют профиль с серповидными выступами, которые не пересекаются с продольными ребрами, что обеспечивает высокие пластические и прочностные характеристики, характеризуются высокой стойкостью к коррозии.
Арматура класса АIII (А500) изготавливается по ГОСТ Р 52544-2006 из низкоуглеродистой стали марок 35Г2С и 35ГС двумя способами: горячекатаным при производстве стержневой арматуры и холоднотянутым при изготовлении катаных и проволочных прутов. Прокат класса А500 имеет профиль с серповидными выступами, которые не пересекаются с продольными ребрами, что обеспечивает более высокие пластические и прочностные характеристики. Сплав содержит меньшее количество углерода, чем сталь класса А400, и меньше легирующих элементов, что существенно снижает стоимость конечного продукта. По прочности несколько уступает арматуре класса А400, но зато обладает повышенной стойкостью к коррозии, что позволяет использовать сварку при сборке армирующего каркаса, а также сокращает время по его монтажу.
Внутри каждого стыкового соединения 6 расположено резиновое уплотнительное кольцо 8 (на фиг. 3). Уплотнительное кольцо 8 выполнено из упругого материала (например, резины, каучука), при этом сечение кольца может быть любой геометрической формы, например в виде прямоугольного треугольника, как представлено на фиг. 3, таким образом, что выступающая часть с одной стороны увеличивает герметичность стыкового соединения, а с другой – демпфирует нагрузки сдвига и повышает стойкость к деформации.
Применение бетона марки не менее B30 позволило отказаться от большого количества стальной арматуры, что уменьшило вероятность возникновения газовой коррозии, приводящей к выкрашиванию бетона и нарушению прочности стыкового соединения. Кроме того, такой бетон (свыше В30) позволяет изготавливать элементы колодца с высокой точностью геометрических параметров, а также с гладкой поверхностью (минимальной шероховатостью), обуславливает возможность использования уплотнительного кольца в течение длительного времени (оно не истирается со временем). При этом увеличенная толщина элемента колодца (от 150 мм), по сравнению с традиционно используемыми (стандартная толщина 100 мм), позволяет формировать прочную фальцевую торцевую поверхность в виде пазогребня с большей по сравнению с имеющимися на рынке колодцами высотой (75-85 мм), армировать ее достаточно толстой арматурой (АIII (А500) толщиной не менее 8 мм), а также и исключить использование стальной арматуры в стеновой части элемента колодца. Все это обеспечивает сохранность элементов колодца при транспортировке, монтаже, эксплуатации.
Таким образом, заявленная полезная модель увеличивает долговечность и герметичность колодца за счет повышения прочности стыкового соединения элементов колодца.