Виды водопропускных труб. 
Назначение их размеров

Водопропускные трубы — наиболее распространенный вид искусственных сооружений. Число их на железных дорогах в районах с различным рельефом местности составляет 0,3—0,9 трубы, а на автомобильных—1,0—1,4 трубы на 1 км трассы. В целом трубы составляют 75% общего количества искусственных сооружений на дорогах и 40—45% стоимости общих затрат на постройку искусственных сооружений.

Прежде при постройке дорог были распространены каменные и бетонные трубы, но в начале XX в. стали применяться и железобетонные трубы. В 1936 г. были разработаны первые типовые круглые железобетонные трубы диаметром 1—2 м звеньями длиной 1 м для железных дорог.

С 1962 г. получили распространение типовые унифицированные сборные железобетонные трубы, разработанные Ленгипротрансмостом.

Первые металлические трубы были чугунными, в дальнейшем их вытеснили стальные гофрированные (гибкие) трубы. В России первые гофрированные металлические трубы появились в 1875 г. диаметром 0,53 и 1,07 м. Металлические трубы подвержены вредному воздействию агрессивных вод, блуждающих токов, атмосферной и грунтовой коррозии. Однако специальными мероприятиями по защите металла от коррозии удается увеличить срок службы их до 40—50 лет и более.

Железобетонные трубы долговечнее металлических, так как они менее подвержены вредному воздействию агрессивных вод, особенно в случаях, когда отсутствуют металлические элементы в стыковых соединениях. На заводах освоена технология изготовления круглых железобетонных звеньев труб диаметром до 1,5 м на вибростанках.

Рис. 16.1. Конструктивные

Водопропускная труба — это искусственное сооружение, предназначенное для пропуска под насыпями дорог небольших постоянно или периодически действующих водотоков. В отдельных случаях трубы могут использоваться в качестве путепроводов, для прогона скота и т. п.

Расход воды в трубе не должен превышать, как правило, 80— 100 м³/с. При проектировании дороги, особенно при малых высотах насыпи, часто приходится решать вопрос выбора одного из двух возможных сооружений — малого моста или трубы. Если технико-экономические показатели этих сооружений примерно одинаковы, предпочтение отдается трубе, так как наличие трубы в насыпи не нарушает непрерывности земляного полотна и верхнего строения пути; эксплуатационные расходы на содержание трубы меньше, чем малого моста.

Влияние подвижного состава при высоте засыпки над трубой более 2 м на нее резко снижается, а затем по мере увеличения высоты насыпи практически теряет свое значение.

Основные элементы водопропускных труб (рис. 16.1): средняя часть (собственно труба), состоящая из секций, оголовки входной и выходной и фундаментые секции воспринимают давление от веса грунта насыпи и расположенной на ней временной нагрузки. Это давление, неодинаково по длине трубы — оно увеличивается к середине и уменьшается к оголовкам. Поэтому осадки трубы тоже неравномерны и, чтобы предупредить образование трещин и другие повреждения, секции жестких труб (железобетонных, бетонных и каменных) вместе с фундаментами разделяют деформационными швами, расположенными друг от друга на расстоянии до 5 м. — При возведении трубе придают строительный подъем в продольном направлении по круговой кривой со стрелой подъема 1/40−1/80 от высоты насыпи с тем, чтобы предотвратить при эксплуатации образование впадины в середине трубы и застоя воды.

1 В зависимости от материала звеньев трубы могут быть каменные, бетонные, железобетонные, металлические (чугунные, стальные гофрированные), деревянные.

Деревянные трубы строят только в качестве временных сооружений на обходах, временных путях и т. п. Не применяют в настоящее время и каменные трубы, так как они не отвечают современным требованиям индустриализации строительства.

По очертанию отверстия трубы могут быть круглые, прямоугольные, овоидальные, эллиптические, арочные, а также треугольные и трапецеидальные (только деревянные); по числу отверстий — однодвух-, и многоочковые.

По характеру протекания воды в трубах могут быть следующие гидравлические режимы: напорный, полунапорный и безнапорный. Напорные трубы, работающие на всем протяжении полным сечением, в ряде случаев оказываются экономичнее безнапорных, но сложность обеспечения водонепроницаемости между звеньями тела трубы и неблагоприятные условия работы насыпи как плотины ограничивают их применение.

Возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы над поверхностью воды в ней при расчетном расходе и безнапорном режиме должно быть: в круглых и сводчатых трубах высотой до 3 м не меньше ¼ высоты трубы в свету; высотой больше Зм — не менее 0,75 м; в прямоугольных трубах высотой до 3 м — не менее1/6 высоты трубы в свету; высотой больше 3 м — не меньше 0,5 м. Эти возвышения определяют на входе в трубу и в трубе, а для труб с 'повышенными звеньями — также на входе в нормальное звено.

В гофрированных трубах возможен частично напорный режим, при котором труба на участке, примыкающем к входу, работает полным сечением и на остальной части имеет свободную поверхность.

Оголовки труб предназначены для обеспечения плавного входа и выхода водного потока. Увеличивая этим водопропускную способность труб, они поддерживают откосы насыпи и предотвращают продольные деформации трубы от воздействия горизонтального давления грунта насыпи. Известны следующие типы оголовков: портальные, состоящие из вертикальной стенки, перпендикулярной к оси трубы (рис. 16.2, а); коридорные с параллельными стенками постоянной высоты и развернутыми в начале оголовка (рис. 16.2, б); раструбные с откосными крыльями переменной вы-/ соты, расходящиеся от оси трубы (рис. 16.2, в); воротниковые со срезанным параллельно откосу насыпи концевым звеном трубы (рис. 16.2, г); обтекаемые в виде выступающего из насыпи усеченного конуса с плоской пятой, называемые коническими оголовками (рис. 16.2, д).

Наилучшие условия протекания воды обеспечивают раструбные оголовки в сочетании с коническим или повышенным входным звеном (рис. 16.3).

Металлические трубы часто строят без оголовков с наклонной срезкой конца трубы параллельно откосу насыпи или с удлинением трубы до основания откосов насыпи.

Рис. 16.2. Типы оголовков труб

Рис. 16.3. Железобетонные трубы:

а — с коническим входным звеном; б — с повышенным входным звеном; 1— оклеечная гидроизоляция; 2 — обмазочная гидроизоляция Фундаменты труб, обеспечивающие равномерное распределение давления на грунт и объединение звеньев трубы в продольном направлении, делают сборными из бетонных блоков или монолитными бетонными.

Звенья железобетонных и бетонных дорожных труб отверстием до 1,5 м, а также металлические трубы укладывают на щебеночно — песчаную или гравийно-песчаную подушку, а при благоприятных инженерно-геологических условиях — на спрофилированное естестевенное основание; такие трубы называют бесфундаментными.

Оголовки труб устанавливают на бетонные или железобетонные фундаменты, заложенные ниже глубины промерзания. Наружные поверхности железобетонных и бетонных труб покрывают обмазочной или оклеечной гидроизоляцией (см. рис. 16.3).

Основная характеристика трубы — ее отверстие, определяющее водопропускную способность. Очертание и форму отверстия трубы принимают по конструктивным соображениям, а водопропускную способность определяют гидравлическим расчетом. Полученные расчетом гидравлические характеристики должны обеспечивать нормальное протекание воды, чтобы в трубе и у оголовков не возникало таких скоростей воды, которые могли бы привести к повреждению трубы и размывам грунта насыпи, подводящего и отводящего русел.

По строительным и эксплуатационным качествам трубы предпочтительнее малых мостов, но в суровых климатических условиях, в частности на Байкало-Амурской магистрали, применение труб часто ограничивалось в связи с наличием наледей или пучинистых грунтов в основании труб. В этих районах целесообразно применение труб только на сухих логах и постоянных водотоках, на которых исключена возможность появления наледей, а также под высокими насыпями, когда постройка моста нецелесообразна.

В настоящее время наибольшее распространение получили сборные железобетонные и бетонные типовые унифицированные трубы. Железобетонные круглые трубы имеют отверстие от 0,5 до 2,0 м и прямоугольные — от 1,5 до 6,0 м.

Отверстие и высоту в свету труб назначают, как правило, при длине их до 20 м не менее 1,0 м, а при длине трубы больше 20 м — 1,25 м.

Трубы на автомобильных дорогах II категории допускается устраивать отверстием не менее 0,75 м при длине трубы до 15 м, а при длине до 30 м — не менее 1,0 м.

Отверстия труб на железных и автомобильных дорогах в районах со средней температурой наружного воздуха наиболее холодной пятидневки ниже минус 40 °C назначают не менее 1,5 м независимо от длины трубы с работой их по безнапорному режиму.

В местах образования наледей применяют прямоугольные трубы отверстием не менее 3,0 м и высотой не менее 2,0 м с сооружением противоналедных устройств. При наличии ледохода или карчехода трубы не применяют. В северной строительно-климатической зоне нецелесообразно строить напорные и полунапорные трубы, потому что при значительных расходах воды возникает опасность проникания ее через стыки звеньев, что в большие морозы может вызвать разрушения.

Одноочковые и многоочковые металлические гофрированные трубы применяют отверстием 1; 1,5; 2 и 3 м, наибольшее распространение получают безоголовочные трубы диаметром 1,5 м. Особенностью металлических гофрированных труб является малая поперечная жесткость. Однако деформации от внешних нагрузок ограничены воздействием на трубу отпора грунта, который обеспечивают правильной засыпкой ее грунтом с трамбованием.

Высокая гибкость сплошной по длине гофрированной конструкции позволяет ей воспринимать деформации грунтового основания и укладывать ее на грунтовую подушку без фундамента (рис. 16.4). Это создает уменьшение стоимости строительства на 30—40% по сравнению с железобетонными трубами и повышает производительность труда в 2—2,5 раза.

Минимальную высоту насыпи в месте расположения трубы определяют исходя из следующих условий: отметка бровки насыпи в месте расположения трубы должна обеспечивать минимальную толщину засыпки над трубой, которая на железных дорогах составляет не менее 1 м, считая от подошвы рельса до верха конструкции звена, а на автомобильных дорогах — 0,5 м от верха проезжей части по оси дороги до верха конструкции звена.

Бровка земляного полотна у трубы должна возвышаться над уровнем подпертых вод с учетом аккумуляции, соответствующей наибольшему расходу для железных дорог и расчетному расходу для автомобильных дорог не менее чем на 0,5 м, а для труб отверстием 2 м и более при напорном и полунапорном режимах — не менее чем на 1 м.

Рис. 16.4. Основание под металлической гофрированной трубой:

а — при грунтовой подушке; б — при устройстве подбивки; 1 — грунт основания; 2 — подушка; 3 — подбивка Возвышение высшей точки внутренней поверхности круглых труб в любом сечении над уровнем воды при максимальном расходе и безнапорном режиме должно быть не менее '/4 высоты трубы, не превышающей 3,0 м, и не менее 0,75 м при высоте трубы более 3,0 м. В прямоугольных трубах высотой до 3,0 м указанное выше расстояние должно быть не менее ¹/е высоты трубы, а при высоте трубы более 3,0 м — не менее 0,5 м.

Обязательным и важнейшим конструктивным элементом при сооружении трубы является укрепление подводящего и отводящего русел. Вместе с проводимой унификацией конструкций водопропускных труб, кроме старых видов укреплений (каменные отсыпки и мощение), были рекомендованы следующие виды укреплений, кроме районов вечной мерзлоты:

• 1 — бетонными квадратными плитами размером 49×49Х10см со срезанными углами, укладываемыми на щебеночное основание толщиной 10 см;
• 2 — бетонными призматическими плитами (блоками П-2);
• 3 — монолитным бетоном классом по прочности на сжатие не ниже В20 толщиной не менее 8 см;
• 4 — одиночным мощением и каменной наброской. Тип крепления выбирают с учетом скорости протекания воды, а также в результате технико-экономического обоснования.