ПЕРЕХОД ТРУБОПРОВОДА ПОД АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГОЙ

Полезная модель относится к области строительства, а конкретнее, к строительству и эксплуатации трубопроводов систем водоснабжения и канализации, пересекающих грунтовый массив под автомобильной дорогой.
Одной из важнейших проблем функционирования трубопроводов систем водоснабжения и канализации, переходящих под автомобильными дорогами, является предотвращение разрушений труб, происходящих под воздействием механических нагрузок, передающихся от автомобилей через слои дорожного покрытия и грунта. Разрушение труб, расположенных под автомобильными дорогами, приводит к невозможности транспортирования водопроводной воды или канализационных стоков. В результате, через проломы вода вытекает в грунт, размывая основание под дорожным полотном с последующим разрушением автомобильной дороги в этом месте. Кроме того, самопроизвольное истечение воды через проломы представляют собой потери воды (если она питьевая) или загрязнение окружающей среди (если трубопровод транспортирует сточные воды).
Известна лотковая система для прокладки трубопроводов (Кулешов В.Г. Лотковая система для прокладки коммуникаций / Патент РФ на полезную модель №86605. E02D 29/045. 10.09.2009), состоящая их состыкованных друг с другом верхних элементов и состыкованных друг с другом нижних элементов, при этом верхние элементы выполнены в виде лотков, а нижние элементы выполнены в виде железобетонной плиты с элементами для фиксирования боковых стен лотка от смещения.
Недостатком указанного технического решения является возможность проникновения грунтовой воды сквозь стыки между элементами и ее замерзание в полости лотковой системы, что приведет к разрушению самой системы расширяющимся льдом и к возможности разрушения дорожного полотна из-за деформаций грунтовой призмы.
Известен переход трубопровода под автомобильной дорогой (Валеев М.М. и др. Переход трубопровода под автомобильной дорогой / Патент РФ №2179277. F16L 1/028. 10.02.2002), состоящий из защитного кожуха, выполненного в виде цилиндрической оболочки с уплотнением межтрубного пространства. Снизу цилиндрической оболочки установлены металлические пояса, средний из которых имеет длину, равную ширине полотна дороги.
Недостатком указанного технического решения является необходимость устройства вытяжной свечи, которая не нужна при прокладке водопроводных и канализационных трубопроводов, из которых утечка природного газа не происходит. Кроме того, при переходе водопроводных или канализационных трубопроводов под автомобильными дорогами металлические анкерные пояса, закрепленные снизу цилиндрической оболочки, лишены технической необходимости и бесполезны при прокладке трубопроводов водоснабжения и канализации. В этой связи указанное техническое решение не может быть использовано для перехода водопроводных и канализационных трубопроводов под автомобильными дорогами.
Прототипом заявляемого технического решения является переход водопропускной трубы под автомобильной дорогой (Лукин Н.П., Лукин А.Н., Щуко С.А. Автомобильные дороги. Трубы под насыпями автомобильных дорог. Обзорная информация. - М.: ЦБНТИ Минавтодора РСФСР, 1988. Вып.6. - С.27. Рис.18), состоящий из трубы, грунтовой призмы, гравийно-песчаной подушки, дорожного полотна.
Данное техническое решение предназначено для пропуска под дорогой дождевых, талых и паводковых вод и не может служить для перехода водопроводных и канализационных трубопроводов. По техническому решению прототипа оба отверстия водопропускной трубы находятся над поверхностью земли, в то время, как водопроводные и канализационные трубопроводы проложены на определенной глубине от поверхности земли в зависимости от климатических условий. Кроме того, канализационные трубопроводы, работающие в самотечном режиме, проложены с определенным уклоном, что невозможно сделать при использовании; прототипа с последующим заглублением трубопровода в грунт. Водопроводная или канализационная труба, расположенная в полости водопропускной трубы по прототипу, будет подвержена истиранию льдом и переносимыми потоком твердыми частицами, а также замораживанию и оттаиванию в климатических условиях с периодами отрицательных температур.
Технический результат полезной модели заключается в предотвращении механических повреждений трубопроводов, пересекающих автомобильные и железные дороги.
Технический результат достигается тем, что переход трубопровода под автомобильной дорогой, содержит трубопровод, гравийно-песчаную подушку, дорожное покрытие, грунто-цементную плиту, армированную в нижней части поперечными и продольными стержнями и опирающуюся на грунтовый массив, при этом длина плиты превышает ширину дорожного покрытия на величину образования пирамиды продавливания от крайних ребер дорожного покрытия на толщину грунто-цементной плиты, ширина поперечного сечения грунто-цементной плиты равна величине основания треугольника, образованного линиями, соединяющими ребра основания грунто-цементной плиты и наружные поверхности трубопровода под углом не менее угла естественного откоса песка, уложенного поверх трубопровода.
Схема устройства для защиты трубопровода от механических повреждений представлена на фиг.1 и фиг.2.
Устройство состоит из грунто-цементной плиты 1, армированной в своей нижней части продольными 2 и поперечными 3 стержнями, опирающейся на грунтовый массив 4. Трубопровод 5 пересекает дорогу с дорожным покрытием 6. Трубопровод 5 уложен на гравийно-песчаную подушку 7. Поверх защищаемого трубопровода 5 уложен песок 8.
Устройство для защиты трубопровода от механических повреждений работает следующим образом. Нагрузка от движущихся по дорожному покрытию 6 автомобилей передается на его основание. Грунто-цементная плита 1, армированная продольными 2 и поперечными 3 стержнями, расположенными в ее нижней (растянутой) зоне, воспринимает растягивающие усилия, возникающие в поперечном и продольном направлениях при нахождении транспортного средства на дороге, которую пересекает защищаемый трубопровод 5. Повышенная по сравнению с грунтовым массивом механическая прочность армированной цементно-грунтовой плиты 1 позволяет воспринять нагрузки от транспортных средств, движущихся по дорожному покрытию 6. Слой песка 8 предназначен для смягчения воздействия нагрузок, воспринимаемых грунто-цементной плитой 1 и частично передаваемых в направлении защищаемого трубопровода 5.
Превышение длины грунто-цементной плиты 1 над шириной дорожного покрытия 6 на величину образования пирамиды продавливания от крайних ребер дорожного покрытия 6 на толщину грунто-цементной плиты позволяет обеспечить восприятие арматурными стержнями 2 и 3 усилий, возникающих в грунто-цементной плите 1 от механических нагрузок, передаваемых дорожным покрытием 6 от транспортных средств.
Длина грунто-цементной плиты 1 превышает ширину дорожного покрытия 6 на величину образования пирамиды продавливания, образующейся от крайних ребер дорожного покрытия по толщине грунто-цементной плиты. В теории железобетона пирамида продавливания имеет грани с наклоном 45° к основанию. В пределах пирамиды продавливания действующие усилия воспринимаются грунто-цементной плитой и не образуются в зоне расположения защищаемого трубопровода. Это позволяет предотвратить механическое разрушение защищаемого трубопровода, пересекающего дорогу.
Ширина поперечного сечения грунто-цементной плиты равна величине основания треугольника, образованного линиями, соединяющими ребра основания грунто-цементной плиты и наружные поверхности трубопровода под углом не менее угла а естественного откоса песка, уложенного поверх трубопровода. Это позволяет максимально использовать несущую способность песка в условиях, когда он находится в состоянии предельного равновесия. При расположении внешней нагрузки над серединой ширины грунто-цементной плиты возникающие усилия в слое песка над трубопроводом, воспринимаются песком в ядре уплотнения в пределах естественного откоса. При расположении нагрузки над ребрами грунто-цементного массива естественный откос песка находится за пределами (или только касается) поверхности защищаемой трубы и нагрузки передаются по линии естественного откоса, отклоняясь от вертикального направления.
Совокупность новых элементов позволяет предотвратить механические повреждения трубопроводов, находящихся под автомобильными дорогами.