Глава 4 водопропускные трубы

Общие сведения о трубах

Трубы представляют собой малые водопропускные сооружения, рас­полагаемые в насыпях дорог. Трубы, как правило, состоят из следую­щих основных частей: входного и выходного оголовка (для обеспечения плавного ввода потока в трубу и вывода водного потока из трубы), тела трубы и фундамента трубы. Водопропускная способность труб зависит от формы и размеров отверстия, типа оголовков, глубины воды перед трубой, скорости течения воды на выходе из трубы и других условий.

Величина отверстия трубы определяется гидравлическим расчетом в зависимости от расчетного расхода водного потока и допускаемой ско­рости течения воды. Длина средней части трубы определяется геомет­рическим расчетом в зависимости от ширины насыпи по подошве и длины входного и выходного оголовка (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Конструкция водопропускной трубы: 1 — входной оголовок; 2 — выходной оголовок; 3 — фундамент оголовка; 4 — фундамент трубы; 5 — звено; 6 — деформационный шов; 7 — гидроизоляция; 8 — одиночное мощение у входного оголовка; 9 — двой­ное мощение у выходного оголовка; 10 — укрепление откоса выше оголовка;

11 — укрепление откоса ниже оголовка

Для предотвращения изгиба тело трубы делят на секции длиной не более 5 м. Швы между секциями заполняют упругим гидроизоляцион­ным материалом, чтобы вода из труб не просачивалась в насыпь и не разжижала грунт. Соприкасающиеся с грунтом поверхности трубы по­крывают гидроизоляцией, чтобы вода из насыпи не разрушала кладку труб.

Во избежание застоя воды лоток трубы устраивают таким образом, чтобы отметка дна посередине трубы была меньше отметки дна у вход­ного оголовка и больше, чем отметка дна лотка у выходного оголовка. Высота насыпи при устройстве труб принимается не менее высоты тру­бы плюс толщина засыпки, которая должна быть не менее 1 м, считая от верха звена трубы до подошвы рельса. Кроме того, высота насыпи дол­жна быть не менее глубины воды перед трубой (подпора) с учетом вы­соты волны плюс возвышение бровки земляного полотна, которое при­нимается по СНиП (не менее 0,5 м при безнапорном режиме работы трубы, а при полунапорном и напорном режимах — не менее 1 м).

В зависимости от скорости течения воды на выходе из трубы русло и откосы насыпи должны укрепляться одерновкой, каменным мощением или бетонными плитами. Для уменьшения объемов работ по ук­реплению у выходного оголовка устраивается ковш (углубление), за­полненный камнем (рис. 4.2). Глубина ковша принимается равной глу­бине местного размыва грунта у конца укрепления. У каждого конца трубы при высоте насыпи более 2 м устраивается один лестничный сход шириной 0,75 м.

Рис. 4.2. Укрепление русла водотока на выходе из трубы: 1 — выходной оголовок; 2 — мощение русла; 3 — предохранительный ковш; 4 — каменное заполнение ковша; 5 — песчано-гравийная подготовка под мо­щением русла; 6 — крепление откосов ниже оголовка; 7 — крепление откосов

выше оголовка

Трубы применяются в любых климатических, топографических и геологических условиях, на любых участках плана и профиля дорог при значительных высотах насыпи, для пропуска временных (периодически действующих) и постоянных водотоков, но при отсутствии ледохода. Трубы применяются также для пешеходных переходов и прогона скота, для проезда автотранспортных средств и сельскохозяйственных машин, для прокладки трубопроводов и других коммуникаций.

Водопропускные трубы имеют несложную, надежную и долговеч­ную конструкцию. Их можно возводить индустриальным, комплексно-механизированным, поточно-скоростным методом, существенно сни­жающим трудоемкость и продолжительность строительства. Выбор между трубой и малым мостом производится на основании сравнения их технико-экономических показателей. На малых водотоках трубы, как правило, имеют значительно меньшую стоимость, чем мосты с увели­чением насыпи, выгодность применения труб возрастает.

Эксплуатация труб проще и дешевле эксплуатации мостов. Путь над трубами имеет такую же конструкцию, как на прилегающей насыпи, что упрощает его содержание. Трубы менее, чем мосты, чувствительны к динамическому воздействию и увеличению временной подвижной (от подвижного состава) нагрузки. Благодаря хорошим строительным и эксплуатационным качествам трубы являются наиболее распространен­ными водопропускными сооружениями. В зависимости от рельефа ме­стности на 1 км дороги приходится от 0,4 до 1,2 трубы. Количество труб на дорогах нашей страны составляет 70 % всех водопропускных сооружений. В общем комплексе строительства железных дорог стои­мость строительства водопропускных сооружений доходит до 22 %.

До первой четверти 20 века были распространены каменные трубы, позже стали применятся железобетонные трубы. В 1936 году были раз­работаны первые типовые проекты круглых железобетонных труб диа­метром 1—2 м, звеньями длиной 1 м для железных дорог. С 1962 года получили распространение типовые унифицированные сборные же­лезобетонные и бетонные трубы круглого и прямоугольного сечения, разработанные институтом Ленгипротрансмост.

Первые металлические трубы были чугунными, в дальнейшем их вы­теснили стальные гофрированные (гибкие) трубы. В России первые гоф­рированные трубы появились в 1875 г. диаметром 0,53 и 1,07 м. Ме­таллические трубы подвержены вредным воздействиям агрессивных вод, блуждающих токов, атмосферной и грунтовой коррозии. Однако специ-91

альными мероприятиями по защите металла от коррозии удается увели­чить срок их службы до 40—50 лет. Железобетонные трубы долговеч­нее металлических. На заводах освоена технология изготовления круг­лых железобетонных звеньев труб диаметром до 1,5 м на вибростанках.

Виды труб

Водопропускные трубы классифицируют по следующим признакам:

• по характеру протекания водотока в трубе;

• по форме отверстия трубы (рис. 4.3);

• по числу водопропускных отверстий;

• по конструктивному оформлению входа водотока в трубу и выхода из нее (рис. 4.4, 4.5, 4.6);

• по характеру инженерно-геологических условий;

• по материалу;

• по способу сооружения.
По характеру протекания водотока в трубе (режиму) трубы делятся

на безнапорные, полунапорные, напорные. Безнапорные трубы работа­ют неполным сечением, полунапорные работают полным сечением на входе в трубу и неполным на остальном протяжении трубы. Напорные трубы работают полным сечением на всем протяжении трубы.

о

По форме поперечного сечения существующие, ранее построенные трубы подразделяются на круглые, прямоугольные, трапецеидальные, треугольные, овоидальные, с вертикальными стенками и сводами, эл­липтические и др. В современных условиях строятся круглые и прямоугольные трубы.

По числу водопропускных от­верстий трубы бывают одно-, двух-, трехочковыми.

ГЛ

о

КУ

По конструктивному оформ­лению входа потока в трубу и выхода из нее трубы бывают с оголовками и без оголовков.

Рис. 4.3. Формы водопропускного от­верстия труб: а — круглая; б — прямоугольная; в — трапециевидная; г — треугольная; д — эллиптическая; е — овоидальная; ж — с вертикальными стенками и сводом; з — арочная

Виды оголовков. В зависимо­сти от положения откосных сте­нок (крыльев) оголовки делятся на портальные — со стенкой,

 

Рис. 4.4. Виды оголовков водопропускных труб: а — коридорный; б — раструбный; в — конический; г — портальный;

д — воротниковый

перпендикулярной оси водотока, раструбные — со стенками, располо­женными под углом к продольной оси трубы, и коридорные — со стен­ками, параллельными оси трубы. Раструбные оголовки обеспечивают плавный вход водного потока в трубу, оказывают меньшее сопротивле­ние потоку, что повышает водопропускную способность трубы.

По виду входного звена оголовки бывают с нормальным звеном, вы­сота которого равна высоте звеньев средней части трубы; повышенным звеном и коническим звеном. Трубы с повышенным и коническим вход­ным звеном имеют большую водопропускную способность, чем трубы с нормальным звеном.

На водотоках с незначительными расходами воды трубы могут быть без оголовков с вертикальным срезом, выступающим из насыпи, или иметь воротниковые оголовки с наклонным срезом в плоскости откоса насыпи, а также с повышенным или коническим звеном без откосных стенок.

Рис. 4.5. Трубы с различной конструкцией входного звена:

а — труба с повышенным входным звеном; б — труба с коническим входным

звеном; в — труба с нормальным входным звеном; 1 — откосная стенка; 2 —

секция трубы; 3 — нормальное звено; 4 — фундамент; 5 — повышенное звено;

6 — коническое звено

 

Рис. 4.6. Виды труб без оголовков: а — труба без оголовка с наклонным торцом; б — труба без оголовка с верти­кальным торцом; в — труба с повышенным или коническим входным звеном без откосных стенок; 1 — секция трубы; 2 — нормальное звено; 3 — кониче­ское звено; 4 — фундамент

В зависимости от инженерно-геологических условий трубы могут быть с фундаментами на естественном основании или со свайными фундаментами, а также без фундаментов с укладкой звеньев на железо­бетонные плиты или лекальные блоки, либо на грунтовые подушки (ложе), спланированные по очертанию трубы. По материалу различают трубы деревянные, каменные, железобетонные, бетонные и металличе­ские. По способу постройки трубы делятся на сооружаемые из материа­лов на месте и сборные из блоков, изготовляемых на заводе. Для про­пуска небольших водотоков через неглубокие выемки устраиваются дюкеры, состоящие из двух колодцев, соединенных трубой, проходя­щей под полотном дороги.

Косые трубы. Эти трубы могут иметь индивидуальные оголовки или клиновидные звенья. Косые трубы ус­траиваются под углом к оси дороги, отличным от 90° (рис. 4.7). Примене­ние индивидуальных оголовков улуч­шает гидравлические характеристики, но усложняет конструкцию и удлиняет трубу. Трубы с клиновидными звенья­ми имеют простые оголовки, но мень­шую водопропускную способность.

Рис. 4.7. Схема косой трубы: 1 — ось дороги; 2 — ось трубы; 3 — откосная стенка; 4 — инди­видуальные оголовки

Косогорные трубы устраивают на пересечении дороги с малыми бурны­ми водными потоками с продольным уклоном русла более 20 ‰. Эти тру-94

Рис. 4.8. Конструкция трубы на косогоре: 1 — водобойный колодец; 2 — наклонная часть трубы; 3 — бетонный упор;

4 — нормальный участок трубы; 5 — выходной оголовок

бы имеют следующие конструктивные части: быстроток с входным уча­стком, переходное устройство от быстротока к трубе, среднюю часть трубы, гаситель энергии водотока на выходе из трубы и отводное русло с укреплением. При больших уклонах русла трубы имеют на входе и выходе водобойные колодцы или шахты (рис. 4.8).

Быстротоки представляют собой сборные железобетонные или мо­нолитные бетонные лотки с вертикальными или наклонными стенками и с шероховатым дном для уменьшения скорости течения воды. Пере­ход от быстротоков к трубе осуществляется плавным уменьшением по­перечного сечения потока с помощью прямолинейных или криволиней­ных вертикальных или наклонных стенок. Повышенная шероховатость труб создается за счет ступенек, порогов и ребер. Гасители энергии по­тока устраивают для уменьшения скорости течения воды на выходе из трубы и сокращения размеров укрепления отводящего русла. Гасители представляют собой раструб с вертикальными стенками из сборного железобетона или монолитного бетона.

Для железных и автомобильных дорог разработан типовой проект косогорных унифицированных сборных железобетонных, круглых и прямоугольных труб, быстротоков, водобойных колодцев и гасителей энергии потока для различных климатических, топографических и гео­логических условий.

Лотки применяют для пропуска небольших водотоков при малой высоте насыпи, когда невозможно устроить трубу. Массивные лотки (каменные или железобетонные) возводятся при высоте насыпи до 2 м и наибольшем расходе воды до 4,5 м³/с. С входной и выходной стороны лотка устраивают крылья в виде оголовка портального типа (рис. 4.9).

Рис. 4.9. Лоток в насыпи

Фильтрующие насыпи устраива­ют в виде каменной наброски для пропуска через нее небольших водо­токов. При пропуске воды через фильтрующие насыпи с верховой стороны образуется пруд, высота горизонта которого определяется расчетом. Уровень воды, просачи­вающейся с верховой стороны, в те­ле каменной наброски постепенно снижается к низовой стороне. Кон­струкцию фильтрующей насыпи см. рис. 1.6.