Конструкция для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды
STRUCTURE FOR FORMING ON CONSTRUCTION SITE SECTION FOR WATER PASSAGE

Изобретение относится к области обустройства дорог и, в частности, к конструкциям для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды.
Известны сооружения для пропуска воды в виде труб с отверстиями круглого, прямоугольного или овалоидального сечения и с размерами до 4-5 м (Е.Е. Гибшман. Мосты и сооружения на автомобильных дорогах. М.: Транспорт, 1973, стр. 224, 225, фиг. 114, 115).
Недостаток конструкций таких труб заключается в том, что при невысоких насыпях и больших расходах водного потока необходимо устанавливать параллельно два и более водопропускных сооружения, что влечет за собой усложнение конструкции и изготовления, доставки к месту строительства конструкций, увеличение расхода бетона, повышение трудоемкости и стоимости работ.
Известно также бетонное полотнище Concrete Canvas, представляющее собой гибкую, двуслойную ткань, внутри которой уложена сухая бетонная смесь, затвердевающая при смачивании и формирующая тонкий слой бетона [CONCRETE CANVAS™, www.c-can.ru].
Недостатком такого решения является сложность формирования трубчатых конструкций, что снижает эффективность его использования.
Наиболее близким техническим решением является водопропускное сооружение в виде железобетонной трубы, состоящей из стального цилиндра и бетонной матрицы, включающей спиральную арматуру [RU, №2205752, МПК В28В 21/58, 2003].
Недостатком железобетонной трубы является сложность конструкции и изготовления, а также повышенная трудоемкость доставки к месту строительства и ее укладки, что снижает эффективность ее использования.
Задачей изобретения является создание конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды, позволяющей упростить конструкцию, повысить технологичность возведения и водопропускную способность сооружения.
При создании настоящего изобретения была поставлена задача по разработке более эффективной конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды за счет разработки быстровозводимой конструкции с любым сечением отверстия для пропуска воды, обеспечения возможности его приспосабливания к выбранному рельефу и стабильного поддержания водопропускного режима.
Техническим результатом является упрощение конструкции, уменьшение материалоемкости, трудоемкости и сроков возведения водопропускного сооружения за счет отказа от использования и транспортировки массивных железобетонных труб, что практически приводит к отказу от использования мощных крановых средств и транспорта, отказа от выполнения значительных подготовительных земляных работ, повышение технологичности возведения и водопропускной способность сооружения за счет формирования любого сечения для пропуска воды на месте строительства.
Поставленная задача и указанный технический результат достигается тем, что в конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды, выполненной в виде железобетонной трубы, состоящей из стального цилиндра и бетонной матрицы, включающей спиральную арматуру, она выполнена в виде послойно спирально намотанной бетонной матрицы на опорный цилиндр, состоящий из спирального арматурного каркаса, с закрепленными на нем с помощью скотча водопропускными трубами, каждый спиральный слой которого помещен между верхним и нижним водопроницаемыми полотнищами Concrete Canvas бетонной матрицы, заполненными сухой бетонной смесью, причем нижний слой из водопроницаемого полотнища Concrete Canvas может быть заполнен фибробетонной смесью. Кроме этого водопропускные трубы могут быть выполнены в виде каналов, образованных надувным матрацем, расположенным внутри бетонной матрицы, которые после затвердевания бетонной смеси обрезаны с торцов, а также в виде дискретных отрезков, расположенных с промежутками между собой, при этом внутри опорного цилиндра - по его оси может быть сформирован центральный водопропускной канал, образованный опорными кольцами, закрепленными на поперечном крае спирального арматурного каркаса, причем спиральный арматурный каркас может быть подключен к электрической цепи.
Исполнение арматурного спирального каркаса на весь диаметр железобетонной трубы, в отличие от прототипа, где спираль закручена по длине трубы, с закреплением на его поверхности по оси полимерных труб позволяет изготовить железобетонную трубу непосредственно на выбранном месте строительства, что позволяет, во-первых, упростить и ускорить процесс строительства конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды, во-вторых, повысить прочность водопропускного сооружения за счет образования опорного цилиндра в виде монолитно-армированного спирального каркаса по всему ее сечению - в отличие от прототипа, где спираль закручена только по длине, в-третьих, регулировать диаметр изготовления конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды, задавая на месте строительства необходимый размер сечения для пропуска воды, и расход пропуска воды, изменяемый количественным набором и диаметром закрепленных полимерных труб. Кроме этого, выполнение труб из полимерного материала, закрепленных на спиральном каркасе, позволяет исключить их коррозию и снизить сопротивление потоку воды, что присуще бетонным трубам. Использование скотча в качестве крепежного элемента в отличие от использования арматурной проволоки или хомутов позволяет упростить процесс крепления и снизить стоимость.
Заключение каждого слоя арматурного спирального каркаса (сверху и снизу) в водопроницаемые полотнища Concrete Canvas, заполненные сухой бетонной смесью, позволяет, во-первых, создать армированную монолитную прочную матрицу, по всему сечению железобетонной трубы, что позволяет использовать бетон более низкой марки по прочности, а во-вторых, позволяет на месте выполнять ее изготовление без приготовления бетонной смеси или использования готовой железобетонной трубы, отказаться от использования дополнительного оборудования.
Исполнение нижнего слоя водопроницаемого полотнища из фибробетона позволяет повысить трещиностойкость железобетонной трубы, что особенно важно для ее верхних слоев, воспринимающих основные нагрузки и подвергающихся физико-химическому воздействию среды.
Выполнение каждого слоя из надувного матраца с полостью внутри вместо арматурного спирального каркаса позволяет, во-первых, упростить конструкцию и увеличить пропускную способность воды за счет увеличения общей площади сечения образованного канала, а, во-вторых, позволяет поддерживать и сохранить форму спирали при замачивании полотнищ в процессе их скручивания. При этом выполнение внешних слоев из полотнищ, заполненных фибробетонной смесью, позволяет создать жесткую армированную оболочку для слоев матраца и, в целом, изготовить прочную железобетонную трубу.
Исполнение водопропускных труб дискретными - в виде отрезков, установленных с промежутками, позволяет снизить расход труб и использовать отходы. Расстояние промежутков задается с учетом недопущения провисания полотнищ между трубами.
Выполнение по оси железобетонной трубы центрального канала, образованного опорными кольцами, закрепленными на поперечном краю спирального арматурного каркаса, позволяет повысить водопропускную способность железобетонной трубы за счет возможности формирования отверстия любого диаметра, например, большего диаметра с учетом того, что скорость потока на входе максимальна в центральной ее зоне.
Подключение арматурного спирального каркаса к электрической цепи позволяет за счет его нагрева прогревать трубы и тем самым предотвратить их закупорку при обледенении и, соответственно, повысить эффективность работы спирального водовода.
Конструкция для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена конструктивная схема; на фиг. 2 - узел I (схема расположения и крепления труб); на фиг. 3 - конструктивная схема использования надувного матраца.
На фиг. 1 - фиг. 3 обозначено:
1 - основание; 2 - спиральный арматурный каркас; 3 - полимерные трубы; 4 - хомут; 5 - нижнее полотнище с сухой бетонной смесью Concrete Canvas; 6 - верхнее полотнище с сухой бетонной смесью Concrete Canvas; 7 - надувной матрац; 8 - кольцо опорное.
Таким образом, создана конструкция для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды для дорожного строительства, эффективность которого складывается из следующих факторов:
- отказ от выполнения большого объема грунтовых работ, связанных с организацией искусственного основания и устройства опалубки;
- отказ от изготовления и транспортировки железобетонных труб;
- отказ от приготовления бетонной смеси;
- возможность изготовления конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды с заданным расходом воды на месте строительства;
- возможность использования технологии быстро возводимых конструкций для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды на основе внедрения метода одностадийного формирования железобетонной трубы.
Конструкция для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды состоит из железобетонной трубы, установленной на основании 1, включающей спиральный арматурный каркас 2, закрученный в спираль на весь диаметр трубы, с закрепленными на его поверхности полимерными трубами 3 с заданным диаметром d и заданным шагом t с помощью скотча 4, причем каждый слой арматурного спирального арматурного каркаса 2 заключен в водопроницаемые полотнища 5 и 6 Concrete Canvas, заполненные сухой бетонной смесью (фиг. 1 и фиг. 2). Диаметр d полимерных труб и шаг t назначаются с учетом объема пропускаемой воды водопропускным сооружением.
Для повышения прочности наружных слоев железобетонной трубы нижний слой из водопроницаемого полотнища 5 Concrete Canvas заполнен фибробетонной сухой смесью.
С целью упрощения конструкции и технологии строительства быстровозводимой конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды в железобетонной трубе вместо арматурного спирального каркаса с трубами сформирована полость - канал, образованная из надувного полотнища в виде матраца 7 с полостью внутри, который заключен в слои из водопроницаемых полотнищ Concrete Canvas 5, 6 с сухой фибробетонной смесью (фиг. 3).
В случае отсутствия труб необходимой длины, а также с целью снижения стоимости строительства конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды, вместо целых труб на арматурном каркасе 2 закреплены дискретно с промежутками отрезки труб.
Для повышения водопропускной способности сооружения по оси железобетонной трубы сформирован центральный канал, образованный опорными кольцами 8, закрепленными на поперечном краю спирального арматурного каркаса 2 (фиг. 1).
С целью сохранения работоспособности железобетонной трубы при воздействии отрицательных температур и предохранения труб от обледенения, начало и конец спирального арматурного каркаса подключены к источнику электропитания.
Конструкция для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды монтируется и работает следующим образом.
Скрученный на месте строительства на основании 1 в спираль арматурный каркас 2 с закрепленными на нем скотчем трубами 3 и заключенный в водопроницаемые полотнища Concrete Canvas, заполненные сухой бетонной смесью и пролитые водой, образует после твердения бетона монолитную железобетонную трубу (фиг. 1). При этом спиральный арматурный каркас используется и как несущий элемент конструкции железобетонной трубы, который в процессе ее формирования служит для поддержания формы цилиндра при спиральном вращении, а также при монтаже и последующей работе, не давая ей прогибаться. При работе конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды вода поступает на входе железобетонной трубы с одного конца и, проходя через полимерные трубы 3, вытекает с другой стороны. При этом спиральный арматурный каркас 2 обеспечивает жесткость монолитной конструкции железобетонной трубы.
При использовании водопроницаемых полотнищ Concrete Canvas в виде слоев, защищающих арматурный каркас, отпадает необходимость в использовании опалубки и приготовлении бетонной смеси. В этом случае железобетонная труба формируется в процессе пролива водой полотнищ и последующего твердения смеси.
Для восприятия повышенных нагрузок и повышения морозостойкости наружных слоев водовода нижний слой водопроницаемого полотнища Concrete Canvas заполняется дисперсно-армированной смесью (фибробетонной смесью). Дисперсные волокна, входящие в состав сухой бетонной смеси, в процессе твердения будут выполнять функцию армирования матрицы бетона, повышая тем самым ее трещиностойкость и морозостойкость.
Конструкция может быть существенно упрощена, если вместо арматурного спирального каркаса с трубами будет установлено надувное полотнище с полостью внутри в виде матраца 7, заключенное в слои из водопроницаемых полотнищ Concrete Canvas 5, 6 (фиг. 3). Получается конструкция, состоящая из двух видов слоев: один слой, выполненный из полотнищ Concrete Canvas, является конструкционным слоем и служит для восприятия нагрузки, а второй слой, выполненный в виде надувного матраца, служит для транспортирования воды. В этом случае, закачав воздух в полотнище в виде матраца, получим одну спиральную полость, образованную двумя полотнищами Concrete Canvas. После твердения бетона и обрезки торцов полотнища в виде надувного матраца образуется одна целая спиральная полость - канал для пропуска воды.
При отсутствии достаточного количества труб требуемой длины, каналы могут быть образованы из отрезков труб (отходов), уложенных с промежутками между собой. В этом случае каналы для транспортирования воды будут образованы отрезками труб и промежутками между ними, образованными затвердевшим полотнищем Concrete Canvas.
Для увеличения пропуска воды или в случае отсутствия трубы требуемого диаметра в конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды создают центральный канал путем установки колец заданного диаметра. Для этого после укладки каркаса и водопроницаемых полотнищ закрепляют по ширине на их конце опорные кольца 8 (фиг. 1) и далее железобетонную трубу, повторяя операции, как описано выше. Эти кольца поддерживают полотнища от слипания в процессе формирования спирали. Изготовить эти кольца не сложно, например, из арматурных стержней или полос. Задавая диаметр колец, можно регулировать диаметром центрального водопропускного канала, а соответственно, и расходом транспортируемой воды, что повышает эффективность работы конструкции для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды.
Для предохранения труб от обледенения, начало и конец арматурного каркаса подключают к источнику электропитания. При ухудшении погодных условий, связанных с воздействием на сооружение отрицательных температур, включают источник электропитания. При этом арматурный каркас за счет прохождения тока разогревается, прогревая трубы и не давая развиваться процессу льдообразования, предотвращая тем самым их закупорку.
Конструкция для формирования на месте строительства сечения для пропуска воды была смоделирована в строительной лаборатории кафедры ПСК ТвГТУ и показала свою работоспособность, что говорит о возможности эффективной реализации заявленного технического решения в реальных условиях строительства. Рекомендуется к использованию при строительстве внутрипромысловых и притрассовых дорог для обустройства нефтегазовых месторождений.