ВОДОПРОПУСКНАЯ ТРУБА ПОД ДОРОЖНОЙ НАСЫПЬЮ

Полезная модель относится к дорожному строительству, в частности, к строительству водопропускных труб на автомобильных и железных дорогах.
Известны многочисленные конструкции водопропускных сооружений, наиболее распространенное из которых - железобетонная труба кольцевого очертания (Автомобильные дороги. Трубы под насыпями. Обзорная информация. Выпуск 6 // Министерство автомобильных дорог РСФСР. Центральное бюро научно-технической информации. - М. - 1986 г. - рис.5), конструкция которой является наиболее экономичной и технологичной, по сравнению с другими вариантами.
Этот тип конструкции имеет ряд существенных недостатков, главный из которых - высокая трудоемкость работы с грунтом ниже оси трубы для достижения необходимой степени уплотнения. В результате осадка насыпи под дорожным полотном продолжается на протяжении первых лет эксплуатации, что неизбежно приводит к разрушению дорожного полотна и необходимости его локального ремонта, что особенно характерно для низких насыпей.
Известна конструкция овоидальной железобетонной водопропускной трубы (Водопропускные трубы под насыпями / Е.А.Артамонов, Г.Я.Волченков, Р.С.Клейнер, Р.Е.Подвальный, А.С.Потапов, К.Б.Щербина, О.А.Янковский // Под редакцией О.А.Янковского. - М.: Транспорт. - 1982 г. - С.34-35), которая благодаря особенностям своей конструкции позволяет существенно сократить расход арматуры при незначительном увеличении необходимого объема бетона по сравнению с конструкцией кольцевого очертания. Овоидальная труба частично решает проблему равномерного уплотнения дорожной насыпи за счет широкой внешней грани в опорной части.
Недостатком данной конструкции является высокая трудоемкость изготовления и необходимость значительных первоначальных затрат на запуск специального оборудования и приспособлений. Также возникают проблемы с транспортировкой и хранением готовой продукции, поскольку исключается возможность установки изделий в 2 ряда по высоте.
Наиболее близким техническим решением является полукольцевая водопропускная труба (Автомобильные дороги. Трубы под насыпями. Обзорная информация. Выпуск 6 // Министерство автомобильных дорог РСФСР. Центральное бюро научно-технической информации. - М. - 1986 г. - рис.12). Эта конструкция состоит из двух шарнирно соединенных частей: верхней - полуцилиндрического контура; нижней - плоской плиты. Данная конструкция значительно уменьшает деформации (осадки) дорожного полотна, поскольку при ее установке не возникает сложностей с уплотнением насыпи по всей высоте трубы. Изготовление составных частей конструкции не требует специальных приспособлений и может выполнятся в любом цехе железобетонных конструкций, размеры которого позволяют разместить необходимые опалубочные формы. Кроме того хранение и транспортировка частей трубы возможны по отдельности с укладкой в несколько рядов по высоте.
Недостатком конструкции является увеличение материалоемкости и, как следствие, стоимости по сравнению с трубой кольцевого очертания, поскольку при работе под нагрузкой возрастает величина внутренних усилий.
Техническим результатом предлагаем полезной модели является снижение материалоемкости при сохранении низкой трудоемкости уплотнения насыпи по всей высоте трубы.
Указанный технический результат достигается тем, что водоропускная труба под дорожной насыпью, содержит плоскую фундаментную плиту и верхнюю арочную часть, последняя выполнена в виде полуэллипса, вытянутого в вертикальной плоскости, имеющего соотношение полуосей не более чем на 20% отличающееся от соотношения по формуле:
а
Где  - размер горизонтальной полуоси эллипса;
b - размер вертикальной полуоси эллипса;
- величина горизонтальной постоянной распределенной нагрузки;
- величина горизонтальной временной распределенной нагрузки;
- величина вертикальной постоянной распределенной нагрузки;
- величина вертикальной временной распределенной нагрузки;
Величина нагрузок опеределяется в соответствии со СНиП 2.05.03-84* «Мосты и трубы».
Расчетная схема арки трубы представлена на фиг.1.
На фиг.2 изображено поперечное сечение предлагаемой конструкции, которое состоит из:
1 - полуэллиптическая арка,
2 - фундаментная плита,
3 - тело дорожной насыпи,
4 - дорожное полотно,
5 - подготовленное основание.
Из проведенных расчетов выяснено, что наименьшему изгибающему моменту в полуэллиптической арке от действия вертикальной и горизонтальной распределенных нагрузок соответствует форма полуэллипса, вытянутого в вертикальной плоскости с соотношением полуосей, равным соотношению равнодействующих вертикальной и горизонтальной нагрузок. Таким образом оптимальные параметры полуэллипса должны соответствовать условию:
а
Где  - размер горизонтальной полуоси эллипса;
b - размер вертикальной полуоси эллипса;
n
q - опеределяется по формуле (2);
v
q - опеределяется по формуле (3);
При производстве и проектировании невозможно обеспечить точное соответствие соотношения полуосей арки требуемому условию. Расчетами установлено, что величина изгибающего момента меняется незначительно при расхождении соотношений в пределах 20%.
Внешними нагрузками, действующими на трубу являются давление тела дорожной насыпи 3 и временные подвижные сосредоточенные силы, передающиеся через дорожное полотно 4.
Наличие изгиба в железобетоне приводит к необходимости установки дополнительной арматуры в растянутой зоне и, как следствие, росту сечения элемента. При полуэллиптическом очертании железобетон арки 2 работает преимущественно на сжатие. Поскольку работа на сжатие элемента хорошо воспринимается бетоном, арматура арочной части устанавливается в большинстве случаев по конструктивным соображениям, а сечение назначается из условий трещиностойкости и требований бетонирования.
Величина пролета фундаментной плиты 2 предлагаемой полезной модели значительно меньше варианта полукольцевой трубы, тем самым в разы уменьшается величина изгибающего момента от реакции основания 5.
Предлагаемая полезная модель значительно уменьшает величину деформаций (осадок) дорожного полотна, тем самым сокращая или полностью исключая затраты на периодический ремонт дорожного полотна. Это достигается тем, что полуэллиптическая трубы позволяет без дополнительных трудозатрат обеспечить уплотнения тела насыпи до необходимой величины по всей высоте трубы, поскольку не имеет труднодоступных секторов в нижней части. Изготовление предлагаемой конструкции не требует специальных приспособлений и может выполнятся в любом цехе железобетонных конструкций, размеры которого позволяют разместить необходимые опалубочные формы. Хранение и транспортировка частей готовой продукции возможны по отдельности с укладкой в несколько рядов по высоте.