Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Общие сведения о трубах и их конструкциях

Тема 1.4 Водопропускные трубы и косогорные сооружения

Общие сведения о трубах и их конструкциях

 

Трубы — наиболее распространенные искусственные сооружения на автомобильных дорогах. Они встречаются в 3—4 раза чаще, чем малые мосты.

Трубы располагают в теле насыпи так, чтобы над ее верхом высота засыпки h была не менее 0, 5 м. Этот слой распределяет давления от проезжающих автомобилей и смягчает их динамическое воздействие (рис. 1, а).

По условиям протекания воды трубы подразделяют на безнапорные, полунапорные и напорные. Безнапорная труба имеет отверстие, достаточное для беспрепятственного пропуска всей притекающей к ней воды при наибольшем расчетном расходе (см. рис. 1, а). В полунапорных вход в трубу полностью закрыт водой, но труба работает неполным сечением (рис. 1, б). Скорость протекания воды в такой трубе выше, чем в безнапорных, и потому ее можно делать меньших размеров, но следует опасаться фильтрации воды через насыпь или ее размыва. Наиболее интенсивно работают напорные трубы, которые заполнены водой по всей длине (рис. 1, в).

Для того чтобы вода плавно втекала и вытекала из трубы, устраивают специальные входные и выходные оголовки различных типов (см. рис..1). Кроме того, для предохранения поверхности грунта у входа и особенно у выхода трубы от размыва делают укрепление железобетонными или бетонными плитами, а также мощением.Так же укрепляют верховой откос насыпи напорных и полунапорных труб. Напорные и полунапорные трубы должны иметь конусную входную часть, обеспечивающую плавное втекание воды в трубу (см. рис. 1, б, в). В суровых климатических условиях напорные трубы не применяются.

Рисунок 1. Схемы пропуска водного потока в трубах под насыпями:

1 – поверхность водного потока; 2 — укрепление плитами или мощением перед входом в трубу; 3 - входной оголовок; 4 – тело насыпи; 5 - выходной оголовок трубы; 6 -укрепление плитами или мощением на выходе из трубы; 7 - фундамент оголовка; 8-фундамент трубы; 9 – тело трубы; 10- укрепление плитами или мощением верхового откоса насыпи; 11-котуснаячасть трубы; 12 - верховой водобойный колодец;
13 – низовой водобойный колодец; 14 — поверхность косогора

В продольном направлении труба должна иметь уклон, принятый в гидравлическом расчете, но не менее i ≥ 2% (см. рис. 1). Трубам придают также строительный подъем, компенсирующий осадку насыпи и фундамента трубы и равный от высоты засыпки трубы в зависимости от типа грунтов.

В тех случаях, когда трубу возводят на косогоре с уклоном! > 3—4%, где скорости водного потока обычно излишне большие, принимают меры гашения (искусственного уменьшения) скоростей течения чтобы предотвратить размыв основания трубы или тела насыпи' Для этого устраивают в косогорных трубах ступенчатые лотки или водобойные колодцы. Обычно косогорные трубы делают безнапорными.

Такая труба может иметь меньший уклон, чем общий уклон косогора (рис. 16.1, г); перед входом в нее и на выходе располагают водобойные колодцы, гасящие энергию потока.

" Грубы могут иметь одно, два или несколько отверстий для пропуска воды. При нескольких отверстиях их называют многоочковым и.

Типы входных и выходных оголовков труб зависят от гидравлического режима ее работы. В напорных и полунапорных трубах устройство оголовков обязательно. Различают оголовки портальные, раструбные, воротниковые 1 и обтекаемые. Портальные оголовки (рис. 16.2, а) представляют собой стенку, перпендикулярную к оси трубы, с конусами, укрепленными железобетонными плитами или мощением. Такие оголовки наименее совершенны в отношении регулирования потока протекающей воды и применяются в безнапорных трубах с небольшими скоростями течения. Раструбные оголовки (рис. 16.2, б) имеют крылья, улучшающие условия входа воды в трубу. Воротниковые оголовки устраивают, срезая звено трубы параллельно откосу насыпи и укладывая бетонные плиты вдоль откоса вокруг входного (рис. 16.1, в) или выходного ее отверстия. Раструбные оголовки с коническим входным звеном (обтекаемые оголовки) лучше всего обеспечивают протекание воды и могут быть применены как для безнапорных, так и для напорных труб (см. рис. 16.2, в). Встречаются и другие виды оголовков. Если по водотоку возможны ледо-ход, карчеход или сели, то трубы не возводят.

Высоту (или диаметр) трубы в свету назначают не менее 1 м, а при длине трубы свыше 20 м — не менее 1, 25 м. В суровых климатических условиях высота трубы должна быть не менее 1, 5 м. На автомобильных дорогах II—V категорий допускаются трубы высотой 1, 0 м при длине до 30 м и 0, 75 м при длине до 15 м. На съездах можно устраивать трубы высотой 0, 5 м.

По материалу трубы на автомобильных дорогах бывают железобетонные, металлические, бетонные или каменные. Применявшиеся ранее деревянные трубы из-за быстрого загнивания древесины теперь не строят. Наиболее распространены железобетонные трубы.

Каменные и бетонные массивные трубы устраивают в виде свода, опертого на боковые стенки-устои. Отверстия таких труб могут достигать 4—5 м. Каменные своды делают бесшарнирными, а бетонные — бесшарнирными или трехшарнирными. Трехшарнирные бетонные своды (рис. 16.3, а) могут быть собраны из готовых блоков (полусводов). Боковые стенки каменных и бетонных труб имеют фундаменты раздельные (см. рис. 16.3, а), а при необходимости лучшего распределения давлений на грунт — общие (рис. 16.3, б). Общий фундамент применяют при устройстве обратного свода, служащего также лотком для протекания воды. По длине каменные и бетонные трубы разделяют поперечными швами на звенья длиной 3—6 м, разрезая швами как трубу, так и ее фундамент. Швы необходимы потому, что от неравномерного по длине давления насыпи, а также от возможной неоднородности грунтов основания труба обычно неравно-мерно оседает.

Если бы труба была сплошной, в ней появились бы трещины. Разделение трубы швами дает возможность каждому звену проседать самостоятельно. Швы между звеньями заполняют битумной мастикой, пропитанной битумом паклей или другим водоне-проницаемым материалом.

Недостаток каменных и бетонных труб, состоящих из свода и устоев, — значительный объем кладки их устоев.

Более экономичное решение может быть получено, если устроить трубу в виде подъемистого свода, имеющего очертание по кривой давления. Такие овоидальные трубы, требующие довольно сложной опалубки, применяют редко (рис. 16.3, в).

Каменные и бетонные трубы снабжают оголовками обычно ра-струбного типа.

Наружную поверхность труб, соприкасающуюся с грунтом на-сыпи, перед засыпкой труб покрывают гидроизоляцией.

Бетон и железобетон водопропускных труб находится в зоне переменного уровня воды и должен иметь марку по морозостойкости Мрз150—300 и по водонепроницаемости не ниже В6.

Рис. 16.3. Поперечные сечения каменных и бетонных труб:

/ — лоток: 2 — стенка (устой); 3— бетонная подушка: 4 — шарниры свода; 5 — обратный

свод; 6 — фундамент

 

Рис. 16.4. Металлическая гофрированная труба:

/ — укрепление бетонными плитами у входа в трубу и выхода из нее; 2 — металлическая труба; 3—укрепление бетонными плитами откосов насыпи у трубы; 4 — тело насыпи; 5 — граница первоочередной засыпки трубы; 6 — грунтовый фундамент (лоток)

Каменные и массивные бетонные трубы применяют в районах, богатых природным камнем, в горных условиях, куда трудно транспортировать сборные элементы труб, а также в городских условиях при сложной, необычной планировке водопропускных сооружений.

Металлические трубы изготавливают обычно круглыми из гофрированного листа. Гофр (волнообразная поверхность) трубы обеспечивает ее большую жесткость и устойчивость при засыпке грунтом насыпи. Все же жесткость металлической трубы значительно менее, чем аналогичной железобетонной и тем более каменной или бетонной.

Поэтому секции металлической трубы укладывают на тщательно уплотненную песчаную или песчано-гравийную подушку с подбивкой ее по бокам трубы (рис. 16.4). Сверху трубу засыпают послойно грунтом насыпи с его уплотнением.

Секции металлической трубы соединяют между собой болтами и специальными соединительными элементами. Металл трубы очищают и защищают от коррозии специальной грунтовкой и битумной мастикой.

На автомобильных и железных дорогах применяют трубы раз-личных диаметров с разной толщиной гофрированного листа (табл. 16.1).

Бесфундаментные металлические трубы эффективны по зат-рате материала и трудоемкости возведения.

Та 5 лиц а 16.1

Диаметр ме-таллической гофрированной трубы, м Расчетная

высота насыпи, м Толщина

листа трубы,

мм Диаметр ме-таллической гофрированной трубы, м Расчетная

высота насыпи, м Толщина

листа трубы,

мм

1, 0 7, 0 7, 0 1, 5 2, 0 2, 0 6, 5 7, 0

7, 5 2, 0 2, 0 2, 5

1, 5 4, 5 7, 0 9, 5 1, 5 2, 0 2, 5 3, 0 7, 0 2, 5

16.3. Конструкция железобетонных труб

Бетон железобетонных труб должен быть по прочности не менее М-200 с морозостойкостью и водонепроницаемостью такой же, как и для бетонных труб (см. п. 16.2).

Железобетонные сборные типовые трубы имеют круглое или прямоугольное сечение. Встречаются также трубы со сборным железобетонным перекрытием и бетонными монолитными стенками (рис. 16.5, а). В зависимости от качества грунта в основании фундаменты таких труб делают раздельными (см. левую часть рис. 16.5, а) или общими под обеими стенками (см. правую часть рис. 16.5, а). Перекрытие трубы из готовых блоков служит распоркой для боковых стенок. Нижней распоркой служит лоток или общий фундамент. Стенки трубы по ее длине делят швами на секции длиной 3—6 м. Полностью сборные трубы прямоугольного сечения монтируют из отдельных стеновых блоков и блоков перекрытия или же из целых четырехугольных звеньев (рис. 16.5, б). Фундамент трубы может быть возведен из готовых блоков. При сухих или хорошо дренирующих грунтах фундамент укладывают непосредственно на грунт. При влажных грунтах, деформирующихся при замерзании, под

Та 5 л и ц а 16.2

Высота

в свету,

см Толщина в см Масса

звена,

т Отверстие в свету

прямоуголь-ной железо-бетонной трубы, см Высота

в свету,

см Толщина, см

в свету

прямоуголь-ной железо-бетонной трубы, см

а

X

t- верхней и

нижней

плиты

 

 

к м

X и верхней и

нижней

плиты Масса звена,

т

200 200

200 13 13 17 23 3, 5 4, 2 250 300 250

250 13

16 20 22 4, 8 6, 2 8, 0 10, 0 9, 1 10, 0 10, 3

200 200 200 250 16

13 32 17 5, 6 3, 9 300 300 250 250 20 23. 29 38 28 30

 

250 250 200 200 13 17 20 26 4, 4 5, 8 400 400 250 250 18 21

 

 

250 200 20 37 7, 8 400 250 30 40

 

 

. 16.5. Конструкция железобетонных прямоугольных груб:

/ — боковая стенка; 2— блок перекрытия; 3 —фундаментный блок; 4 — лоток; 5—звено трубы

Рис. 16.6. Конструкция звеньев круглых железобетонных труб:

/ — наружная спираль; 2 — внутренняя спираль; 3 — слои битумной мастики; 4 — битумини-зированная

 

фундаментом укладывают подушку из крупного песка, щебня или

гравия.

Прямоугольные железобетонные трубы могут иметь отверстия, от 1, 5 до 4 м с различной толщиной стенок (табл. 16.2). Оголовки их раструбного типа (см.рис. 16.2, б).

Круглые железобетонные трубы (рис. 16.6) отличаются сравни-тельн» малым расходом материалов и производственными преимуществами. В настоящее время применяют круглые трубы диаметром от 0, 5 до 2, 0 м. Толщина стенок круглых труб в зависимости от их диаметра и высоты насыпи составляет от 8 до 24 см (табл. 16.3).

Диаметр в свету

круглой железобе-тонной трубы, см Длина]

звена,

см Толщина

стенки,

см Масса

звена,

т Диаметр в свету круглой

железобе-тонной

трубы, см Длина

звена,

см Толщина стенки,

С Ml Масса

звена,

т

50 75 100 100 125 125 300 100 100 100 100 100 8 8 10 12 12 14 1, 1 0, 5 0, 9 1, 1 1, 3 1, 5 150 150 150 200 200 200 100 100 100 100 100 100 14 16 22

16 20 24 1, 8 2, 1 3, 0 2, 7 3, 5-4, 2

125 100 18 2, 0 Трубы возводят сборными из отдельных звеньев длиной 1, 0 и 3 м (в опытных конструкциях применяют звенья длиной до 5 м). Звенья имеют арматуру в виде двух спиралей, расположенных по внешней и внутренней их поверхностям (рис. 16.6, а). Каждый из рядов спиралей связан продольной распределительной арматурой, а между собой они соединены стержнями-фиксаторами или каркасами, предотвращающими их взаимное смещение.

Диаметр круговой и продольной арматуры труб должен быть".

не менее 8 мм.

Перед установкой на место наружную поверхность звеньев обмазывают двумя слоями горячей битумной мастики. Стыки звеньев (рис. 16.6, б) заполняют пропитанной битумом паклей и обклеивают снаружи двумя слоями битумизированной ткани на горячей или холодной битумной, резинобитумной или тиоколовой мастике. Изнутри швы расшивают цементным раствором.

При хорошо дренирующих плотных крупнозернистых песчаных„ щебеночных или гравийных грунтах звенья круглых труб небольшого диаметра можно укладывать непосредственно на грунт. При супесях, мелких песках и глинистых грунтах звенья трубы укладывают на подушку (рис. 16.6, в) толщиной не менее 30 см из щебня, гравия или крупного песка, а при высоте насыпи более 4 м устраивают фундаменты (рис. 16.6, г) из железобетонных блоков или монолитные бетонные.

Рис. 16.7. Круглая железобетонная труба:

J — звенья; 2 — блоки фундаментов; 3 — блоки открылков оголовка: 4 — бетон, уложенный на месте; 5 — стык звеньев

Через каждый 2—4 м в фундаменте круглых железобетонных труб устраивают поперечные деформационные швы (рис. 16.7). В глинистых и суглинистых грунтах основание концевых частей круглых труб закладывают на 0, 25—0, 3 м ниже глубины промерзания.

16.4. Основы расчета труб

На трубу действуют вертикальные и горизонтальные давления от грунта насыпи и находящейся на ней подвижной нагрузки.

Вследствие осадки грунта насыпи вертикальное давление на трубу оказывают не только столб земли, находящейся над трубой, но и силы трения Т, возникающие по его боковым поверхностям (рис. 1.6. 8, а). Вертикальное давление на единицу площади на уровне верха трубы от веса грунта.

Р=а„уН0с, (16.1)

где п„ = 1, 2 — коэффициент перегрузки для грунта; у — средний удельный вес грунта (обычно у=18 кН/м3); Но — высота засыпки, считая от верха трубы

 

с — коэффициент (больший единицы), учитывающий увеличение давления на» трубу, вызываемое силами трения Т. Величина коэффициента с зависит от ха-рактеристик грунтов насыпи и се основания, а также от высоты и ширины трубы.

Горизонтальное давление от веса грунта на глубине Н (см. рис. 16.8, а):

ер = п^уИ; (16.2)

[x = tg2(450-c? /2),

где ф — угол внутреннего трения грунта насыпи, обычно принимаемый равным-30° для звеньев трубы и 25° для оголовков.

Вертикальное равномерно распределенное давление от подвижной нагрузки (в кПа) при высоте засыпки над трубой Я0^1 м (от нагрузки НК-80).

? = Явр-7ГГ7' (16'3)

По + о где иВр — коэффициент перегрузки временной нагрузки.

При высоте засыпки менее 1 м нагрузку от колес или гусениц принимают с учетом распределения в грунте под углом 30° к вер-тикали.

Расчетное горизонтальное давление от действия подвижной нагрузки

е„ = м, (16.4)

где q — интенсивность давления от временной нагрузки на рассматриваемом уровне (Я0=Я).

Динамические коэффициенты временной нагрузки при расчете труб принимают равными единице.

Для прямоугольных труб горизонтальные давления ер и е(, можно считать постоянными по высоте и равными давлению на уровне середины высоты трубы (рис. 16.8, б). При расчете круглых труб давление нормальное к их поверхности считают изменяющимся от p + q до ev + eq (рис. 16.8, в); их можно рассчитывать только на изгибающие моменты без учета нормальных и поперечных сил. Величина наибольшего изгибающего момента в звеньях круглых труб приближенно может быть выражена формулой

M = K{p + q)ri{\-V) = Kr*{p + q-e, -eq), (16.5)

где к — коэффициент, зависящий от способа опирания звеньев трубы и ориенти-ровочно равный 0, 22; г — средний радиус круглого звена.

Сечения труб должны быть проверены на прочность по первому предельному состоянию и на трещиностойкость по второму предельному состоянию.

При расчетах на прочность водопропускных труб нагрузки вводят с коэффициентами перегрузки. Расчеты на трещиностойкость ведут на нормативные нагрузки без учета коэффициентов перегрузки.

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
От проектного подхода – к системному развитию! | Новороссийск




© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.