ВОДОПРОПУСКНОЕ СООРУЖЕНИЕ В ВИДЕ ДВУХЪЯРУСНОЙ ФИЛЬТРУЮЩЕЙ НАСЫПИ С ГОФРИРОВАННОЙ ТРУБОЙ

Изобретение относится к области транспортного строительства и может быть использовано в качестве водопропускного сооружения в насыпях, строительстве переходов, магистральных путепроводов, в искусственных сооружениях, дорожных насыпях в пересеченной местности, а также при отсыпке островков и дамб по мелководью во всех климатических районах РФ при температуре окружающего воздуха от -50°С до +50°С.
В качестве водопропускных сооружений в строительной практике при строительстве переходов, магистральных путепроводов и дорожных насыпей в пересеченной местности применяют сооружение из слоя насыпи с дренирующей прослойкой в основании в виде нетканого синтетического материала и, расположенную под ними, фильтрующую часть в виде размещенных друг на друге и горизонтально расположенных плит с вертикальными каналами и с выступами на своих нижних поверхностях, причем выступы ориентированы в плане в шахматном порядке, а вертикальные каналы расположены между выступами (патент 2059031).
Недостатком такого сооружения является невысокая несущая способность, наличие многочисленных технологических операций.
Известно водопропускное сооружение, у которого боковые стенки образованы из одного ряда габионов или матрасов «Reno» и расположенного на нем фундамента в виде монолитного ростверка. Блок перекрытия выполнен в виде свода из отдельных тонкостенных железобетонных арок, а донная часть образована матрасами «Reno» или бутовым камнем (патент 2181812).
Недостатком такого сооружения является необходимость выполнения для свода, отдельных тонкостенных железобетонных арок, что усложняет технологию изготовления этих элементов, недостаточная эксплуатационная надежность при высокой сейсмичности.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является «Водопропускное сооружение в армогрунтовой обойме».
Сооружение включает трубу из стальных гофрированных оцинкованных структур, изогнутых по заданному радиусу, опирающуюся на профилированное ложе основания.
Труба имеет демпфирующий слой и обволакивающую армогрунтовую обойму из слоев армированного уплотненного грунта постоянной толщины не менее 500 мм (патент 2280124).
Основным недостатком является то, что данное сооружение не применимо при наличии наледей, которые могут заполнить отверстие водопропускного сооружения.
Задачей настоящего изобретения является снижение материалоемкости и трудозатрат на возведение сооружения при обеспечении устойчивости, высокой приспособляемости его к изменяющимся грунтовым, температурным условиям, вибро и сейсмостойкости, улучшения условий водоотвода из водонасыщенных зон тела насыпи в сочетании увеличения несущей способности его элементов - мембраны с георешеткой, способствующих перераспределению активных сил, действующих от подвижной нагрузки, снижение совокупных затрат на 20-40%.
Поставленная задача решается за счет того, что водопропускное сооружение, включающее трубу из металлических гофрированных структур, изогнутых по заданному радиусу и скрепленных болтами и гайками со сферической опорной поверхностью внахлест, опирающуюся на профилированное ложе основания в теле железнодорожной и автодорожной двухъярусной насыпи, которое выполнено по принципу совместной работы фильтрующей насыпи, расположенной в первом ярусе, и насыпи с металлической гофрированной трубой в армогрунтовой обойме, расположенной во втором ярусе, работающее в сложных инженерно-геологических и сейсмических условиях. При этом, в зависимости от очертания лога и принятой технологии производства работ, назначают поперечное сечение фильтрующей насыпи в нижнем ярусе - прямоугольное, параболическое, треугольное, трапецеидальное, определяющее длину металлической гофрированной трубы, в фильтрующей насыпи первый ярус отсыпается способом свободной наброски камня - рваного или окатанного, крупностью до 0,3 м, морозостойких, неразмягчаемых пород, по верху отсыпанного фильтрующего первого яруса укладывается обратный фильтр, исключающий просачивание грунта насыпи в сечение фильтрующей части насыпи и его кольматации.
На обратный фильтр отсыпается насыпь второго яруса и производится монтаж гофрированной трубы, в основании которой укладывают демпфирующий слой в виде мембраны из объемной георешетки с заполнителем ячеек мелким щебеночным материалом (с крупностью частиц ≤0,02 м) в обойме тканого синтетического материала (типа «Геолон»).
Приведенная совокупность признаков по сравнению с традиционными конструкциями обеспечивает получение технического результата, выражающегося в повышении надежности, стабильности, эффективности, оптимальном соотношении веса и несущей способности, срока, простоте и скорости строительства, меньшей трудоемкости возведения, достаточно высокой долговечности, соблюдения охраны окружающей среды, экономичности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
На фиг.1 изображен поперечный разрез по оси 2-2 водопропускного сооружения в виде двухъярусной фильтрующей насыпи с гофрированной трубой.
На фиг.2 изображен поперечный разрез по оси 1-1 фильтрующей насыпи и гофрированной трубы.
На фиг.3 дана техническая характеристика объемной георешетки (например «Прудон 494», где:
на а - общий вид георешетки в рабочем (растянутом) положении;
на б - георешетка в транспортном (сложенном) положении;
на в - схема соединения лент, образующих в растянутом положении пространственную ячеистую конструкцию с заданными геометрическими очертаниями и размерами.
На фиг.4 дана схема крепления георешетки (например «Прудон 494») при укладке ее в основании металлической гофрированной трубы в качестве демпфирующего слоя в виде мембраны, а также над шелыгой свода трубы, с заполнением ячеек мелким щебеночным материалом (крупностью частиц не менее 0,02 м), в обойме из тканого синтетического материала (типа «Геолон»).
На фиг.5 приведена форма волны металлической гофрированной структуры.
На фиг.6 показана схема сборки секций трубы из звеньев.
На фиг.7 приведено соединение двух секций металлической гофрированной трубы.
На фиг.8 дана технологическая схема укладки армирующего материала и георешетки в мембране над сводом (шелыгой) и в основании трубы.
Водопропускное сооружение 1 включает в себя фильтрующую насыпь и гофрированную трубу:
первый ярус - фильтрующая насыпь 2, отсыпана из крупнообломочного скального грунта, который отсыпается на вырезку грунта в основании насыпи на глубину не менее 1,0 м. По верху фильтрующего первого яруса укладывается обратный фильтр 3, исключающий просачивание грунта насыпи в сечение фильтрующей насыпи и его кольматацию.
На обратный фильтр отсыпается послойно насыпь 4, укладывается гофрированная труба 5 на основание из демпфирующего слоя 6 в виде мембраны из объемной георешетки 7 с заполнением ячеек мелким щебеночным материалом (с крупностью частиц ≤0,02 м). Тем же материалом отсыпается армогрунтовая обойма, защитная оболочка трубы, уплотняемая вручную вибротрамбовками.
Над шелыгой свода металлической гофрированной трубы укладывается мембрана 8 с объемной георешеткой с заполнением ячеек легким щебенистым материалом в обойме из тканого синтетического материала (типа «Геолон»). Перед входным оголовком 9 и выходным оголовком 10, до уровня лотка отсыпается скальный грунт того же грансостава, что и фильтрующая насыпь.
От выходного оголовка по откосу насыпи отсыпается скальная наброска 11 слоем не менее 1,0 м.
Вырезка верхнего слоя грунта заторфованного делювия 12 под фильтрующей насыпью на глубину 1,0 м.
Строительство водопропускного сооружения ведется следующим образом:
тщательно подготавливается строительная площадка. Учитывая, что в основании фильтрующей насыпи на большинстве сооружений на территории РФ имеются слабые заторфованные, а в северных районах - мерзлые грунты, причем мерзлота часто характеризуется высокой льдистостью, что определяет III-IV категорию просадочности при глубине оттаивания и промерзания от 1,1/1,3 м до
2,5/2,7 м, требуется вырезка верхнего слоя грунта под фильтрующей насыпью на глубину 1,0 м с заменой скальным грунтом.
Геометрические параметры сечения фильтрующей насыпи 1 применяются в зависимости от величины расчетного расхода в виде двух вариантов - при соотношении высоты фильтрующей прослойки в нижней части тела насыпи и ее ширины (протяжения вдоль трассы железной и автодороги) 3/10 и 3/20, позволяющие определить долю расчетного расхода, проходящего через фильтрующую насыпь 2 первого яруса, и через отверстие металлической гофрированной трубы 5, рассчитанное на пропуск остающегося объема расхода во втором ярусе.
Проводятся расчеты устойчивости насыпи 4, определяющие ее геометрический контур и, соответственно, длину трубы 5 с учетом использования ее на пересечении глубоких логов, в том числе имеющих выходы подземных (надмерзлотных) вод, образующих наледи мощностью до 1,5 м. Расчеты выполняются с учетом совместной работы трубы 5, расположенной во втором ярусе насыпи 4, с фильтрующей насыпью 2, что обеспечивает безнапорный режим работы трубы с уклоном лотка 0,01, что на крутопадающих логах с уклоном дна до 0,33, исключает создание сложных водоприемных сооружений у входного оголовка 9 (см. фиг.1) и гарантирует спокойное протекание расхода по трубе, исключающее зарабатывание отверстия трубы наледью в морозный период времени года, не успевающей растаять к пропуску весеннего паводка.
Длина фильтрации Lф равна прямой длине поперечника по подошве насыпи, высота фильтрующей насыпи равна 3,0 м (принято конструктивно).
В основании трубы 5 на уплотненный слой насыпи устанавливается объемная георешетка 7 в растянутом состоянии с высотой ребра ячеек h от 10-200 мм, которая закрепляется по углам анкерами из арматуры A-I диаметром 10-12 мм, длиной 600-900 мм (см. фиг.3, где 4 - секция георешетки).
Соединение секций георешеток 4 между собой осуществляется стальными монтажными анкерами (4′ и 4") Г- или П-образного вида (см. фиг.4).
Заполнение ячеек объемной георешетки 7 производится гравийно-щебеночной смесью крупностью частиц ≤0,02 м механизированным способом непосредственно с автосамосвалов или погрузчиком на всю высоту ребра h георешетки и отсыпается поверх ребер георешеток на 200-250 мм, затем производится выравнивание и планировка засыпки, уплотнение до уровня показателя плотности не менее 0,95 от максимально стандартной, устранение излишков грунта.
в
Сборка трубы 5 производится из металлических гофрированных структур (см. фиг.6, 7) с цинковым покрытием, у которых волна гофрированного листа повышенной прочности из стали 09Г2Д или 09Г2С имеет синусоидальную форму с шагом волны, например Ш=152,4 мм и высотой h=50,8 мм с номинальной толщиной листов от 2,5 до 7,0 мм (см. фиг.5).
Металлические гофрированные листы трубы, изогнутые по надлежащему радиусу, доставляются на место производства работ, где они собираются в секции трубы с помощью крепежных болтов М20х30 и М20х50 класса 8.8, гаек класса 8, шайб, изготовленных из стали марок 20, 30, 35, которые на место производства работ доставляются совместно с металлическими гофрированными структурами.
На фиг.5 - показана схема сборки трубы секциями из звеньев (например, диаметром 1500 мм, вид с торца), где цифрами показан порядок установления элементов, а - сдвижка (забег) продольных стыков: звено А (элементы 4, 5, 6), звено Б (элементы 7, 8, 9).
На фиг.7 показано соединение двух секций, где 1, 2, 3 - последовательность установки соединительных элементов; А и Б - торцы секций; а - сдвижка (забег) продольных стыков. Сборка элементов трубы 5 полностью выполняется на месте и устанавливается в защитной оболочке из тканого синтетического материала (типа «Геолон») на подготовленное ложе и объемную георешетку 7.
Для обеспечения несущей способности трубы при высоких параметрах динамических нагрузок целесообразно уложить над сводом (шелыгой) трубы мембраны из объемных георешеток, отсыпанных из грунтов той же номенклатуры, что и отсыпаемая насыпь 4 в той же последовательности, что и мембрана 6 под металлической трубой.
На входном 9 и выходном 10 оголовках трубы 5 устраиваются открылки коридорного типа, создавая плавные направления потока.
Конструктивно открылки могут быть выполнены в виде объемных подпорных стен из гофрированного металлического каркаса с армогрунтовым застенным заполнителем.