ВОДОПРОПУСКНОЕ СООРУЖЕНИЕ ПОД НАСЫПЬЮ
CULVERT UNDER THE EMBANKMENT

Изобретение относится к строительству водопропускных сооружений в местах пересечений магистральными трубопроводами водотоков (ручьев, оврагов).
Известно водопропускное сооружение под насыпью, включающее раскладку плетей труб для пропуска воды. С одной из плетей посредством сварки соединены вертикальные перфорированные трубы, обернутые фильтрующим материалом и закрытые сверху крышками. Водопропускные трубы засыпают грунтом с образованием насыпи. Пересекающий ручей газопровод располагается в насыпи. Паводковые воды через вертикальные трубы отводят в плети труб и удаляют совместно с протекающей по ручью водой (патент РФ №2137972). Недостатком известного устройства является то, что заявленное водопропускное сооружение содержит материалоемкие и значительные объемы труб, подверженных коррозии. Для исключения размыва русла в процессе длительной эксплуатации требуется герметизация пазух в местах сопряжения криволинейной поверхности труб с грунтом.
Известно водопропускное сооружение под насыпью (патент РФ №2079599), включающее раскопку приямка и перегораживание действующего ручья и отведение накопленной воды в приямке на другую сторону трубопровода.
В осушенном русле ручья раскладывается эластичный канал и посредством троса, находящегося под трубой, протаскивается канал вниз по течению ручья до равного удаления концов канала от центра трубы. Затем с торцов эластичного канала заводятся оголовки. Эластичный водопропускной канал плотно прижимают ко дну ручья по нижней части полупериметра трубы. По верху эластичного канала и трубы от ее центра раскладываются полотнища из нетканого синтетического материала с защемлением концов грунтом.
Недостатком вышеприведенного водопропускного сооружения следует считать то, что водопропускное сооружение содержит элементы двух конструкций каналов, сочлененных в единую конструкцию, состоящую из мягких и жестких материалов, что при длительной эксплуатации может нарушить расчетное сечение водопропуска, выполненного из мягкого материала.
В качестве прототипа к заявленному техническому решению выбрано водопропускное устройство в теле насыпи с магистральным трубопроводом, содержащее водопропускной канал с криволинейной седлообразной поверхностью, обращенной к телу магистрального трубопровода и взаимодействующей с ним; седлообразная поверхность выполнена по форме поверхности магистрального трубопровода, а в зоне их взаимодействия размещен упругий элемент с герметичной полостью, заполненной под избыточным давлением твердеющим составом, при этом на свободных концах водопропускного канала и части насыпи, охватывающей магистральный трубопровод, а также в русле водотока под водопропускным каналом развернуты водопроницаемые гибкие ковры (патент РФ №2303096).
Недостаток указанного решения состоит в следующем. Во-первых, данная конструкция устанавливается на уже построенный трубопровод, имеющий открытый участок труб в местах пересечения ручья, либо на открытый участок, образовавшийся при эксплуатации трубопровода в результате размыва русла при подземном методе прокладки трубопровода.
Во-вторых, монтаж конструкции усложнен необходимостью выравнивания дна ручья с организацией плитного фундамента для полого цилиндра, опирающегося на него, в зоне взаимодействия водопропускного канала и магистрального трубопровода.
Кроме того, данный тип водопропускного сооружения не уменьшает зону разрыхления грунтов русловой части грунтов в регионах с многолетнемерзлыми грунтами, что ведет к снижению эксплуатационной надежности данного участка магистрального трубопровода.
Целью изобретения является исключение воздействия ручья на трубопровод, предотвращение размыва русловой части, сокращение протяженности криволинейных участков.
Поставленная задача решается тем, что в водопропускном сооружении под насыпью, содержащем набор бетонных плит, уложенных по конфигурации профиля русла ручья, под размещенной в насыпе рабочей трубой, водопроницаемые полотнища из нетканого синтетического материала (НСМ), уложенные поверх бетонных плит, донные и боковые плиты скреплены герметизацией, а верхние плиты уложены поперек канала непосредственно на боковые стенки без герметизации. При этом верхние плиты могут быть уложены вдоль канала на балки, расположенные на боковых плитах с расчетным шагом поперек русла ручья.
Герметизация боковых и донных плит сооружения, выполненная твердеющим составом из цементно-песчаного раствора с добавками для ускоренного затвердевания, предотвращает размыв русловой части водотока, а верхние плиты, уложенные с зазором, обеспечивают дренаж поверхностных вод и исключают воздействие водотока на трубопровод. Таким образом, создается монолитность конструкции, исключающая увлажнение околотрубного грунта и грунта ниже дна ручья, что исключает балластировку участка, проложенного в насыпи.
Технический результат - повышение эксплуатационной надежности трубопровода за счет исключения воздействия водотока.
Конструкция водопропускного сооружения под насыпью содержит два типоразмера: водопропускное сооружение при ширине зеркала воды до 5,0 м (фиг. 1) и водопропускное сооружение при ширине зеркала воды от 5,0 до 10,0 м (фиг. 2).
На фиг. 1 представлен общий вид участка трубопровода в насыпи при прокладке по водопропускному каналу с шириной зеркала воды до 5,0 м.
На фиг. 2 представлен общий вид трубопровода в насыпи при прокладке по водопропускному каналу с шириной зеркала воды до 10,0 м.
На фиг 3 и 4 представлены конфигурации перекрытия каналов, соответствующие фиг. 1 и  2.
Профиль рассматриваемого в примере участка представлен на фиг 5.
Каждое водопропускное сооружение фиг. 1 выполняется из пустотелых железобетонных плит 1, 2 с герметизацией их линий стыковки донной и боковых поверхностей.
По верху сооружения плиты 4 укладываются без герметика с последующим покрытием водопроницаемым нетканым синтетическим материалом (НСМ) 5 и временным закреплением в грунт вдоль образованного из плит водопропускного сооружения.
При пересечении ручьев с зеркалом воды шириной от 5 до 10 м дно и боковые стенки сооружения выполняются аналогично схеме (фиг. 1).
Верхняя часть сооружения (фиг. 2) выполняется из железобетонных балок 3, уложенных поперек сооружения, на которые с зазором укладывают вдоль русла пустотелые плиты 4 и аналогично схеме (фиг. 1) расстилается полотнище из НСМ 5.
На перекрывающие сооружение плиты по НСМ делается подсыпка грунта 6 мелкой фракции (h ≥ 0,2 м) с последующей укладкой трубы 7. При этом высота мягкой грунтовой подушки выравнивается с уровнем дна траншеи примыкающих участков.
После укладки трубопровода 7 в местах организации водопропускного сооружения производится его засыпка 8, высота которой может достигать отметок верха естественного русла ручья.
Описанное водопропускное сооружение под насыпью при прокладке трубопроводов в местах пересечений малых водных преград (ручьи, овраги) обеспечивает необходимый уровень прочности и надежности без увеличения толщины стенки прямолинейного участка трубы взамен утолщенных труб, заглубленных ниже русла ручья с монтажом отводов для изменения направления оси трубопровода.
Изобретение может быть внедрено при строительстве и ремонте участков трубопроводов при пересечениях русла ручья с экономической эффективностью по сравнению с заглублением криволинейных труб повышенной категории.
Пример
При переходе через овраг магистрального газопровода DN 1200 на пикет (ПК) 8846+00,0 - ПК 8851+00.0 трубопровод проложен подземно из труб II категории типоразмера 1220×21,2 в месте пересечения зеркала воды шириной 7,4 м с отметками уровень высоких вод (УВВ) 1% обеспеченности 47,44 и УВВ 10% 47,38. На ПК 8846+92,4 применена вставка из отводов 6° и 3°. На берегу оврага на ПК 8846+50,0 применена вставка из отводов 3° и 1°, на ПК 8847+50,0 из отвода 3°.
Прокладка участка трубопровода в насыпи выполняется с соблюдением требований СНиП 2.05.06-85* (п. 9.5.13, 10.1.1, 10.2.4). Перед возведением водопропускного сооружения выкапывают приямок и перегораживают ручей. Водоотливной техникой накопленную в приямке воду отводят на другую сторону трубопровода. В осушенном русле ручья раскладывают на дно и боковые стенки, пустотелые плиты максимально сохраняя конфигурацию русла. Линии контакта заполняют герметиком. Верх монолитного канала перекрывается аналогичными плитами с зазором. Плиты с зазором укладываются вдоль монолитного канала по поперечным железобетонным балкам, смонтированным на определяемым проектом расстоянии. На плиты расстилаются полотнища из НСМ (нетканного синтетического материала) с перекрытием верхней поверхности сооружаемого канала. По полотнищу НСМ делается подсыпка грунта, обеспечивающая прокладку в насыпи прямолинейного участка трубопровода, пересекающего ручей, с соблюдением требований подземной прокладки, с использованием грунта, предусмотренного для водоотводного валика при традиционном методе прокладки, и исключением применения заглубления криволинейного участка с пересечением ручьев.
Таким образом создается монолитность конструкции, исключающая увлажнение околотрубного грунта и грунта ниже дна ручья, что исключает балластировку участка, проложенного в насыпи.
Применение на обозначенном участке водопропускного сооружения фиг. 2 позволит построить газопровод прямолинейно от ПК 8846+50,0 до ПК 8847+50,0 из труб III категории 1220×17,8 вместо труб типоразмера 1220×21,2 и исключить необходимость применения балластирующих устройств типа ПКБУ-МК-1220 в количестве 10 групп.
Экономическая целесообразность применения данного водопропускного сооружения под насыпью прослеживается за счет снижения на 19% металлоемкости труб прямолинейного участка III категории взамен II категории и исключением трудозатрат по изготовлению гнутых отводов.
Неоспоримым при этом является снижение затрат по контролю качества сварных соединений.
Материальные затраты на полотнища из НСМ сопоставимы с ковриками берегоукрепления, принятыми в проекте.
2
Экономическая эффективность земляных работ также просматривается, но в стоимостных показателях будет определяться после разработки порядка производства работ по конкретному участку пересечения с учетом затрат по сооружению водопропускного сооружения из пустотелых ж/б плит (усредненная стоимость в Н. Новгороде 1,1 тыс. рублей/м) с засыпкой труб грунтом - прокладкой в насыпи.