ВОДОПРОПУСКНОЕ СООРУЖЕНИЕ ПОД НАСЫПЬЮ

Полезная модель относится к строительству искусственных сооружений, в частности, водопропускных сооружений под насыпями железных и автомобильных дорог.
Известна металлическая гофрированная водопропускная многоочковая труба, содержащая две трубы, уложенные на гравийно-песчаную подушку, грунтовую засыпку и оголовки. (Янковский О.Я. «Водопропускные трубы под насыпями», М., Транспорт, 1982 г., с.42-53).
Недостаток этой трубы заключается в том, что при круглой трубе возникает необходимость повышенной строительной высоты, а при эллиптической трубе с замкнутым контуром возникают большие напряжения, и, как следствие, опасность потери устойчивости нижней части (лотка) гофрированной трубы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является многоочковое водопропускное сооружение под насыпью, содержащее одну или несколько расположенных параллельно и объединенных в единую систему водопропускных труб, состоящих из верхней арочной части, образованной из имеющих общую опорную подушку гофрированной металлической арки и объединенной с ней железобетонной арки, и нижней металлической
гофрированной части - лотка, уложенной на грунтовую подушку, размещенную в котловане, соединенной с опорной подушкой верхней арочной части посредством упруго-скользящего соединения, и оголовки, снабженные портальными стенками, жестко соединенными с торцами верхней и нижней арочных частей трубы, при этом каждая портальная стенка разделена на расположенные в смежных параллельных плоскостях с возможностью вертикального перемещения друг относительно друга верхнюю часть, соединенную с верхней арочной частью, и нижнюю часть, соединенную с нижней арочной частью, причем верхняя и нижняя части портальных стенок посередине между осями смежных арок разрезаны вертикальным деформационным швом (Свидетельство РФ на полезную модель №19056, опубл. в Бюл. №22 10.082001).
Недостаток водопропускной трубы такой конструкции заключается в следующем. В зоне опирания опорных подушек верхней арочной части возникает эффект бокового выпирания грунта. При этом увеличивается давление на нижнюю арочную часть, приводя к появлению в гофрированных элементах изгибающих моментов. Поскольку нижняя арочная часть рассчитана по замыслу только на восприятие продольных сил, появление изгибающих моментов резко увеличивает материалоемкость и не позволяет увеличивать пролеты арки.
Задача предлагаемой полезной модели заключается в расширении области применения и снижении затрат материалов и труда.
Для достижения указанного технического результата в водопропускном сооружении под насыпью, содержащем одну или несколько расположенных параллельно и объединенных в единую систему водопропускных труб, состоящих из верхней арочной части, образованной из имеющих общую опорную подушку гофрированной металлической арки и объединенной с ней железобетонной арки, и нижней металлической гофрированной части - лотка, уложенной на грунтовую подушку,
размещенную в котловане, соединенной с опорной подушкой верхней арочной части посредством упруго-скользящего соединения, и оголовки, снабженные портальными стенками, жестко соединенными с торцами верхней и нижней арочных частей трубы, при этом каждая портальная стенка разделена на расположенные в смежных параллельных плоскостях с возможностью вертикального перемещения друг относительно друга верхнюю часть, соединенную с верхней арочной частью, и нижнюю часть, соединенную с нижней арочной частью, причем верхняя и нижняя части портальных стенок посередине между осями смежных арок разрезаны вертикальным деформационным швом, при этом под опорной подушкой расположен укрепленный массив грунта, армированный горизонтальными слоями георешетки, причем длина «l» массива равна расстоянию между портальными стенками, а размеры его поперечного сечения определяются из следующих соотношений:
0
С=С, м,
n
С=2С+δ, м,
0
n
где С и С - ширина поверху соответственно берегового и промежуточного укрепленных массивов, м;
С - ширина опорной подушки арки, м;
δ - ширина зазора между опорными подушками двух смежных арок, м;
0
n
e и e - ширина понизу соответственно берегового и промежуточного укрепленных массивов, м;
0
n
d, d - высота соответственно берегового и промежуточного укрепленных массивов, равная расстоянию по высоте от подошвы
опорной подушки до нижнего слоя георешетки, м;
β - угол, под которым идет уширение укрепленного массива сверху вниз, м.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг.1 представлен разрез I-I на фиг.2;
на фиг.2 - разрез II-II на фиг.1;
на фиг.3-поперечное сечение III-III сооружения (на фиг.2) по продольной оси насыпи;
на фиг.4 - узел А на фиг.3.
Водопропускное сооружение под насыпью содержит одну или несколько расположенных параллельно и объединенных в единую систему водопропускных труб 1, оголовки 2 с портальными стенками 3, грунтовую подушку 4, размещенную в котловане 5 и грунтовую засыпку 6.
Тело трубы 1 в поперечном сечении состоит из верхней и нижней арочных частей. Верхняя арочная часть образована из имеющих общую опорную подушку 7 металлической гофрированной арки 8 и объединенной с ней железобетонной арки 9.
Нижняя арочная часть тела трубы 1 - лоток 10 выполнена из гофрированного металла и уложена выпуклостью вниз на грунтовую подушку 4. Нижняя арочная часть соединена с верхней арочной частью посредством упруго-скользящего соединения - узел А (фиг.4). Конструктивно этот узел может быть выполнен, например, в виде болтового соединения, при этом болты 11 в опорной подушке 7 закрепляются жестко, а через арку 10 проходят сквозь удлиненные вырезы, позволяющие относительное смещение арки 10 и опорной подушки 7, причем упругость соединения создается за счет прижатия гайками.
В предлагаемом водопропускном сооружении применен оголовок портального типа, включающий вертикальную стенку 3, установленную перпендикулярно к оси трубы.
Портальная вертикальная стенка 3 разделена на две части верхнюю 12, жестко присоединенную к железобетонной арке 9, и нижнюю часть 13, жестко присоединенную к арке 10 из гофрированного металла. Верхняя часть 12 портальной стенки возвышается над уровнем проезда 14 на величину «а», обеспечивающую безопасность движения. Нижняя часть 13 портальной стенки заглубляется в недренирующий грунт для предотвращения фильтрации под трубой. Верхняя 12 и нижняя 13 части портальной стенки расположены в смежных параллельных плоскостях с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга посредством упруго-скользящего соединения. Между плоскостями соприкосновения верхней 12 и нижней 13 частей портальных стенок выполнен деформационный шов 15, представляющий собой зазор шириной 15-20 мм, заполненный пластичным гидроизоляционным материалом.
Длина «В» верхней части 12 портальной стенки на участке в сторону берега от оси крайней трубы определяется из выражения:
а длина «b» нижней части 13 портальной стенки при этом равна
где h - высота верхней части портальной стенки до уровня проезда, м;
S - ширина отверстия трубы, м;
α - угол наклона откоса в направлении продольной оси насыпи, град.;
0,8≤m≤1 - коэффициент условий работы.
Верхняя и нижняя части портальных стенок посередине между осями смежных арок разрезаны вертикальным деформационным швом 16,
1
при этом расстояние B от оси каждой арки до деформационного шва 16 определяется из выражения:
где S - ширина отверстий труб, м;
р - высота горизонтального сечения арки в уровне разреза II-II, м;
q - расстояние между бетонными частями арок, м;
1
причем , где 0,8≤m≤1,5 - коэффициент условий работы.
В случае неравномерных осадок смежных труб зазор в деформационном шве может расширяться. Чтобы не высыпался из щели грунт, шов закрывают изнутри защитным экраном 17. Для отвода вод из засыпки устраивают водоотводную трубку 18.
Кроме того, верхняя металлическая арка может быть выполнена из соединенных между собой гофрированных элементов с мелким гофром, например, 130×32,5 мм и менее, а нижняя часть - лоток может быть выполнена из элементов с крупным гофром, например, 152,4×50,8 мм и более.
Увеличение размера гофра целесообразно только применительно к нижней арочной части, поскольку жесткость ее создается только за счет жесткости гофра. Для верхней арочной части применение крупного гофра нецелесообразно, поскольку требуемая прочность для восприятия изгибающего момента может быть достигнута за счет использования составного сечения, а также должно по-прежнему выполняться требование минимальной толщины засыпки, равной ~1/6 пролета, уменьшение которой достигается за счет использования того же составного сечения.
Портальная стенка 3 может быть выполнена из соединенных между собой металлических элементов, в том числе и гофрированных. Это дает возможность снизить объем работ, выполняемых преимущественно в теплое время года.
Граница откосов насыпи у трубы показана линиями 19 и 20, оси симметрии трубы показаны линиями 21 и 22.
Водопропускное сооружение под насыпью содержит береговой 23 и промежуточный 24 укрепленные массивы грунта. Эти массивы имеют длину «l», равную расстоянию между портальными стенками. В поперечном сечении они имеют форму правильной трапеции, но с разными размерами для берегового и промежуточного массивов. Эти размеры определяются из следующих соотношений:
0
С=С, м,
n
С=2С+δ, м,
0
n
где С и С - ширина поверху соответственно берегового и промежуточного укрепленных массивов, м;
С - ширина опорной подушки арки, м;
δ - ширина зазора между опорными подушками двух смежных арок, м;
0
n
е и e - ширина понизу соответственно берегового и промежуточного укрепленных массивов, м;
0
n
d, d - высота соответственно берегового и промежуточного укрепленных массивов, равная расстоянию по высоте от подошвы опорной подушки до нижнего слоя георешетки, м;
β - угол, под которым идет уширение укрепленного массива сверху вниз, м.
0
n
Укрепленные массивы грунта состоят из того же грунта подушки 4, но включают горизонтально расположенные армирующие слои 25 из георешеток. Расстояние между слоями и количество слоев определяет основной параметр массива - его высоту «d» или «d». Эти параметры определяются расчетом, в зависимости от свойств подстилающих грунтов и грунта подушки 4.
На фигурах 1÷4 охарактеризованы также следующие позиции:
26, 27 - направление «выпора» грунта от давления верхней арочной части;
28 - положение подошвы массива грунта подушки 4.
Особенности работы предлагаемого водопропускного сооружения следующие. Опорная подушка 7, опираясь на грунт подушки 4, при отсутствии массива 23 или 24 укрепленного грунта приводит к формированию бокового давления по направлению 26. В этом случае нижняя арочная часть должна выдерживать некоторый изгибающий момент, хотя рассчитана она только на восприятие продольной силы. В результате либо происходит потеря устойчивости нижней арочной части с соответствующими аварийными последствиями, либо необходимо идти на усиление поперечного сечения и соответствующие перерасходы материала. При наличии укрепленных массивов 23 или 24 грунта горизонтальное давление воспринимается слоями георешетки. Опасность дополнительного давления, приводящего к формированию изгибающих моментов в гофрах нижней арочной части, сохраняется, но место этого давления перемещается в положение, указанное стрелкой 27. При этом давление резко снижается и в подавляющем большинстве случаев просто обнуляется. Размеры укрепленных массивов 23 или 24 грунта, как уже
выше было сказано, определяются расчетом в зависимости от свойств грунта.
o
n
0
n
0
n
1
1
Поскольку под разными опорными подушками 7 грунтовые условия могут быть различными, высоты d и d укрепленных массивов грунта могут быть различными как для разных береговых укрепленных массивов, так и для промежуточных укрепленных массивов (если сооружение содержит более двух пролетов). В общем случае положение 28 подошвы грунта подушки 4 определяется минимально допустимой величиной d^ подсыпки под нижней арочной частью, откорректированной на требуемые по расчету значения d и d. Однако в большинстве случае можно ограничиться зависимостью d=d=d, где d - расстояние по вертикали от подошвы опорной подушки до низа нижней металлической гофрированной части - лотка. При этом угол β может быть принят равным 45°.
Эффективность предлагаемой конструкции определяется обеспечением работы нижней арочной части - лотка в условиях отсутствия изгибающих моментов, формирующихся от «выпора» грунта. Это, в свою очередь, приводит к снижению затрат материала на нижнюю арочную часть, либо к возможности увеличения пролетов арок.