ВОДОПРОПУСКНАЯ ЖЕЛЕЗОБЕТОННАЯ ТРУБА ПОД ДОРОЖНОЙ НАСЫПЬЮ

Полезная модель относится к дорожному строительству, в частности к строительству водопропускных труб на железных и автомобильных дорогах, и может быть использована при возведении водопропускных сооружений под насыпями железных и автомобильных дорог.
Известна «Водопропускная труба под дорожной насыпью», состоящая из отдельных железобетонных сегментов, включающих арочную часть и фундаментную плиту. Сегменты соединены в конструкцию конечной жесткости через соединение, образованное закладными деталями и дополнительными конструктивными элементами, находящимися в трех точках, две из которых расположены в местах стыковки арочной части и фундаментной плиты и одна расположена в вершине арочной части (патент РФ на полезную модель № 111544 E01F 5/00, заявка 2011122052/03, приоритет 31.05.2011 г.) Однако, данная конструкция трубы имеет недостаточную эксплуатационную надежность и усложненную технологию строительства.
Известна также «Водопропускная труба, расположенная в дорожной насыпи» (патент РФ на изобретение № 328572 E01F 5/00, заявка 2007105194/03, приоритет 13.02.2007 г.), включающая водопропускные блоки, ригели и сваи, при этом содержит опорные части из эластичного материала, расположенные между ригелями и верхними торцами свай, и направляющие, жестко прикрепленные к сваям и препятствующие перемещениям ригелей поперек продольной оси трубы, причем ригели выполнены с возможностью вертикальных перемещений относительно верхних торцов свай.
Однако, для данной конструкции трубы характерна высокая материалоемкость дорожных труб, установленных на свайных фундаментах и, следовательно, наличие вертикальных нагрузок, действующих на трубы. При этом также не обеспечивается достаточная эксплуатационная надежность.
Известна также «Водопропускная труба под насыпью» (патент на изобретение №2128264 Е01В 5/00 заявка 97113399/28, приоритет 07.08.1997 г.), содержащая опоры, объединяющие их насадки, плиты перекрытия, а также стеновые щиты, установленные в пазах вышеупомянутых опор, при этом высота пазов в опорах превышает высоту стенового щита на величину, равную максимальной высоте пучения прилегающего к трубе грунта.
Эта конструкция трубы целесообразна для применения на просадочных и пучинистых грунтах. Однако, конструкция является технологически сложной, материалоемкой и дорогостоящей. Кроме того, конструкция недостаточно надежна в эксплуатации в связи с имеющимися эксплуатационными качествами трубы.
Известны способ и устройство строительства, прокладки и герметизации труб и секций тоннельных обделок без раструбов, когда оба конца имеют одинаковый размер, с помощью резиновых уплотнителей различного профиля, который заключается в установке резинового уплотнителя по внешнему или внутреннему периметру между корпусом одной секции и манжетой смежной секции (Картозия Б.А., Федунец Б.И., Шуплик М.Н. и др. «Шахтное и подземное строительство»: Учеб. для вузов. - 3-е изд., Ш 31 перераб. и доп.: 82 т. - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003, Т.2, стр. 86-87).
Однако, данный способ и устройство не обеспечивают надежности в эксплуатации в связи с имеющимися эксплуатационными качествами трубы, например отсутствием гарантированной герметичности. Из-за значительного веса секций и равнопрочных свойств материала резинового уплотнителя кольцевой зазор шва формируется с осевыми отклонениями величины герметизируемого зазора, малыми в лотковой части и большими в сводовой части тоннеля. Это часто приводит к смятию резинового профиля и, как следствие, к возникновению возможных мест протечек воды. В связи с практической недоступностью швов после монтажа секций и невозможностью визуального контроля над положением и состоянием резинового уплотнителя в процессе монтажа секций повторный монтаж или последующее дополнительное уплотнение невозможно, а устранение протечек потребует применения дополнительных специальных способов.
Известны также устройство и способ его реализации («Способ герметизации стыков железобетонных конструкций» (патент RU № 2384674 Е04В 1/00 В29С 65/00, приоритет 01.12.2008, опубл. 20.03.2010), в котором герметизацию стыка производят элементом из термопластичного материала, при этом элемент из термопластичного материала имеет С-образный профиль, который допускает возникающие при прокладке осевые и радиальные перемещения смежных железобетонных конструкций. В железобетонные конструкции при изготовлении дополнительно бетонируют профилированные шпонки ограниченной ширины из термопластичного материала. Профилированные шпонки имеют анкерные выступы, раскрепляющиеся в бетоне и препятствующие обтеканию их водой по контакту с бетоном. При этом достигается повышение эффективности герметизации соединений и стыков железобетонных конструкций: железобетонных труб и секций тоннельных обделок, непосредственно в стартовой камере, надежности герметизации, сокращении времени простоя, уменьшении загрязнения окружающей среды и упрощения способа герметизации.
Однако, данная технология по повышению герметичности является наиболее технологически сложной и не приводит к устойчивой герметичности швов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемой полезной модели является «Водопропускная труба под дорожной насыпью» (типовой проект «Трубы водопропускные железобетонные прямоугольные сборные для автомобильных и железных дорог», серия 3.501.1-177.93, разработанный АО «Трансмост», утвержденный Минтрансстроем СССР, 24.07.1990 г.), включающий в себя разработки конструкции труб с возможностью использования в различных климатических зонах. Водопропускная труба под дорожной насыпью содержит железобетонные прямоугольные звенья и откосные стенки, установленные на фундаменты. В качестве гидроизоляции применяется битумная неармированная гидроизоляция обмазочного типа БМ-3 или армированная битумная гидроизоляция оклеечного типа БМ-1. Для защиты гидроизоляции от механических повреждений при засыпке котлована применены асбестоцементные плиты.
Однако, конструкция трубы недостаточно надежна в работе в связи с имеющимися эксплуатационными показателями. Так данная типовая конструкция обладает недостаточными характеристиками, связанными с гидроизоляцией конструкции швов между звеньями водопропускной трубы.
Задача, на решение которой направлена предложенная полезная модель, заключается в создании конструкции трубы с повышенной эксплуатационной надежностью и в упрощении технологии строительства труб.
Технический результат, достигаемый при реализации данной полезной модели, заключается в повышении эффективности и качества герметизации соединений и стыков железобетонных конструкций, железобетонных секций, надежности герметизации швов между секциями, упрощении технологии герметизации швов.
Поставленная задача решается за счет того, что в водопропускной трубе под дорожной насыпью, состоящей из отдельных железобетонных прямоугольных звеньев и откосных стенок, установленных на фундаменты, звенья труб и соприкасающиеся с грунтом боковые поверхности трубы покрыты битумно-полимерной гидроизоляцией, также установлены профилированная мембрана из полиэтилена высокой прочности для защиты гидроизоляции и безосновный битумно-полимерный материал в качестве компенсаторного элемента в местах устройства гидроизоляции над швами между звеньями.
При этом в виде битумно-полимерной гидроизоляции применен «Техноэласт ЭМП 5.5» или материал с аналогичными характеристиками, в виде профилированной мембраны из полиэтилена высокой прочности применен «PLANTER extra» или материал с аналогичными характеристиками, а в качестве компенсаторного элемента в местах устройства гидроизоляции над швами между звеньями применен безосновный битумно-полимерный материал «Техноэласт ФЛЕКС» или материал с аналогичными характеристиками.
Таким образом, заявляемая конструкция водопропускной железобетонной трубы обеспечивает высокую эксплуатационную надежность ее работы, при этом она выполнена простой по конструкции, предусматривающей высокое качество выполнения монтажа и строительства. Достигается повышение эффективности и качества герметизации соединений и стыков железобетонных конструкций: железобетонных секций, надежности герметизации швов между секциями, упрощение технологии герметизации швов. Следовательно, повышаются эксплуатационные показатели работы трубы, в том числе, на участках железных дорог с целью обеспечения безопасности движения поездов, что достигается за счет использования современных материалов.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется чертежами:
на фиг. 1 - представлен поперечный разрез конструкции прямоугольной железобетонной одноочковой трубы;
на фиг. 2 - представлен поперечный разрез конструкции прямоугольной железобетонной двухочковой трубы;
на фиг. 3 - приведено сечение 1-1, продольный разрез конструкции прямоугольной железобетонной трубы с фундаментами двух типов:
- сборная железобетонная плита;
- монолитный железобетон;
на фиг. 4 - показаны узел А;
на фиг. 5 - показан узел Б.
В состав конструкции трубы входят следующие основные элементы и детали:
- прямоугольные железобетонные звенья - 1;
- сборная железобетонная плита, типа I-2;
- монолитно железобетонный фундамент, типа III-3;
- битумно-полимерная гидроизоляция - 4;
- профилированная мембрана - 5;
- компенсаторный элемент - 6.
Фундаменты выполняются в двух исполнениях либо в виде сборной железобетонной плиты, либо в виде монолитного железобетона.
Монтаж и работа заявляемой конструкции осуществляется следующим образом.
Конструкция средней части трубы. Представлена конструкция прямоугольной железобетонной трубы с фундаментами двух типов (фиг. 2) в зависимости от инженерно-геологических условий района строительства.
Трубы со сборным фундаментом типа I.
В трубах с фундаментом типа I прямоугольные звенья 1 устанавливаются на фундаментные железобетонные плиты 2 толщиной 20 см по слою цементного раствора 2 см. Марка цементного раствора назначается не ниже В20.
Железобетонные плиты 2 устанавливаются на щебеночную подготовку толщиной 20 см на спланированный естественный грунт.
Трубы с монолитным фундаментом типа III.
В трубах этого типа прямоугольные звенья 1 устанавливаются на монолитный бетонный фундамент 3 толщиной 40 см по слою цементного раствора 2 см. Представлены варианты конструкций трубы: одно- и двухочковые конструкции водопропускных труб отверстием одного очка 2,0; 2,5; 3,0; 4,0 м.
Длина звеньев 1 принята 1,0 и 2,0 м. Высота насыпи назначена от минимальной, определяемой из условия наименьшей нормативной высоты засыпки над верхом звена, до 20 м.
Прямоугольные железобетонные звенья 1 труб с фундаментами (типа I) - 2 и (типа III) - 3 в пределах заданного диапазона высот насыпей запроектированы трех ступеней несущей способности. Каждой ступени несущей способности звена 1 соответствуют свои толщины стенок и ригеля и своя конструкция арматурного каркаса. При этом для труб на скальных грунтах основания и для труб на свайном фундаменте конструкция звеньев - 1 не меняется, изменяется значение предельной расчетной высоты насыпи для каждой ступени несущей способности звена.
Наименьшая высота засыпки над верхом трубы принята равной 0,5 м.
Звенья труб 1 должны применяться в строгом соответствии с расчетными высотами насыпи. При устройстве труб в траншеях при глубине, превышающей половину высоты звена 1, необходимо предусматривать разработку траншеи на ширину не менее двух отверстий звена в каждую сторону от боковой поверхности трубы. Предусматривается заводское изготовление звеньев 1, при этом каждое звено 1 имеет свою марку.
Работа по гидроизоляции труб производится следующим образом. Звенья труб 1 и соприкасающиеся с грунтом боковые поверхности покрываются наплавляемой битумно-полимерной гидроизоляцией 4 («Техноэласт ЭМП 5.5» или его аналог с характеристиками: разрывная сила при растяжении вдоль - не менее 600 Н, разрывная сила при растяжении поперек - не менее 400 Н, водопоглощение в течение 24 часов - не более 1% по массе, относительное удлинение до разрыва - не менее 40%, температура гибкости на брусе R=25 мм - не выше минус 25°С, водонепроницаемость при давлении не менее 0,2 МПа в течение 2 часов - абсолютная, теплостойкость -не менее 100°С).
Для защиты гидроизоляции применяется профилированная мембрана 5 из полиэтилена высокой прочности («PLANTER extra» или аналог с характеристиками: предел прочности на сжатие - не менее 650 кН/м2, разрывная сила при растяжении - не менее 600 Н, относительное удлинение при разрыве - не менее 28%, водопоглощение - 0%, класс пожарной опасности - КМ5 (Г4, В3, РП2), гибкость на брусе - отсутствие трещин при минус 50°С).
В качестве компенсаторного элемента 6 в местах устройства гидроизоляции над швами между звеньями 1 используется безосновный битумно-полимерный материал (ʺТехноэласт ФЛЕКСʺ или аналог с характеристиками: относительное удлинение до разрыва вдоль - не менее 1000%, поперек - тоже, водопоглощение в течение 24 часов - не более 1% по массе, температура хрупкости вяжущего - не более минус 35°С, температура размягчения - не менее 110°С, водонепроницаемость при давлении не менее 0,2 МПа в течение 2 часов - абсолютная).
Прямоугольные железобетонные трубы должны применяться в строгом соответствии с расчетной высотой насыпи на периодически действующих водотоках без процессов наледеобразования в районах со среднемесячной температурой наиболее холодного месяца минус 10°С и выше (умеренные климатические условия) и в районах со среднемесячной температурой наиболее холодного месяца ниже минус 10°С до минус 20°С включительно (суровые климатические условия).
Конструкции водопропускных труб предназначены для применения в равнинных условиях (при поперечном уклоне местности, не превышающем 0,02).
Задача по выдерживанию современных временных нагрузок от автотранспорта (НК-102.8) решается за счет увеличения сечения арматурных каркасов в конструкции звеньев 1 труб. Статические расчеты звеньев труб выполнены в соответствии с СП 35.13330.2011. Звенья труб 1 рассчитаны на недопущение предельных состояний первой группы (по прочности) и на недопущение предельных состояний второй группы (по образованию продольных трещин и по раскрытию трещин нормальных и наклонных к продольной оси элемента).
Расчетные усилия в звеньях 1 двухочковых труб не превышают соответствующих усилий, принятых при расчете звеньев одноочковых труб при условии тщательного заполнения шва между стенками смежных звеньев, поэтому применение двухочковых труб разрешено только при тщательном заполнении шва между смежными звеньями. Звенья 1 рассчитаны по двум расчетным схемам:
- замкнутый контур;
- рама с заделанными стойками.
Проектирование конкретных объектов строительства с использованием заявляемой полезной модели производится на основании подробных топографических и инженерно-геологических материалов, полученных в период изысканий. Топографические и инженерно-геологические материалы содержат подробный план перехода в горизонталях в масштабе 1:500, с указанием мест выхода грунтовых вод и описанием микрорельефа, сведения о глубине сезонного промерзания и пучинистости грунтов основания (условное сопротивление, коэффициент консистенции, природная влажность, предел раскатывания, объемная масса, удельное сцепление, угол внутреннего трения и т.д.).