Водопропускная способность трубы что такое

Водопропускная способность труб и малых мостов

Расчетные и наибольшие расходы. Водопропускные сооружения рассчитывают на воздействие водного потока при двух расходах: расчетном и наибольшем. Вероятности превышения расходов и соответствующих им уровней принимают следующие: для железных дорог III категорий и выше — 1 % при расчетных паводках и 0,33 % при наибольших паводках; для линий IV категории — 2 % при расчетных паводках и 1 % при наибольших паводках. Для водопропускных сооружений на подъездных путях IV категории, на которых по условиям технологии производства не допускаются перерывы в движении поездов, вероятность превышения расчетных расходов и соответствующих им уровней воды принимают равной 1 %.

Водопропускная способность труб. Различают следующие режимы работы труб: безнапорный — входное сечение не затоплено и на всем протяжении трубы поток имеет свободную поверхность (рис. 5.12,о); полунапорный — входное сечение трубы затоплено, а на остальном протяжении поток имеет свободную поверхность (рис. 5.12,6); напорный — входное сечение трубы затоплено и на большей части длины труба работает полным сечением (рис. 5.12,в). Расчетные расходы в трубах должны пропускаться в безнапорном режиме. Согласно Строительно-техническим нормам СТН Ц-01-95 полунапорный режим может быть допущен только в случае пропуска наи-большего расхода водотока и когда у трубы имеется фундамент. При этом необходимо обеспечить водонепроницаемость швов между звеньями трубы и устойчивость насыпи против фильтрации. Для труб, расположенных в районах с низкими температурами (где средняя температура наружного воздуха наиболее холодной пятидневки ниже —40 °С), не допускается предусматривать полунапорный режим работы, за исключением случаев расположения труб на скальном основании.

Согласно нормам проектирования возвышение высшей точки внутренней поверхности трубы над уровнем воды в ней при расчетном расходе и безнапорном режиме должно быть:

в круглых и сводчатых трубах — не менее 1/4 высоты трубы в свету при высоте ее до 3 м и не менее 0,75 м при высоте трубы более 3 м;

В металлических гофрированных трубах наибольший расход должен пропускаться в безнапорном режиме, а заполнение входного сечения трубы не должно превышать 0,9 высоты трубы.

На рис. 5.13—5.16 приведены построенные В.А. Копыленко графики во-допропускной способности труб в зависимости от глубины подпертой воды перед трубой (напора) Н [30]. В соответствии с указанными ограничениями в режимах пропуска воды через трубы на графиках показана зона расчетных расходов. Ограничение наибольших допускаемых расходов определяется максимальной скоростью воды на выходе из трубы. Значения 2Q и 3Q по оси абсцисс соответствуют водопропускной способности двух- и трехочковых труб.

Водопропускная способность мостов. Длина пролетных строений сборных железобетонных мостов эстакадного типа (см. рис. 5.3,в) составляет 6,0; 9,3; 11,5; 13,5 и 16,5 м. Эти мосты применяют, как правило, при высоте насыпи от 2 до 8 м. Обычно используют следующие схемы разбивки отверстия моста на пролеты: 1) 6,0 м х п\ 2) 9,3 м х п; 3) 11,5 м х п; 4) 9,3 + + 13,5 х т + 9,3 м; 5) 11,5 + 16,5 х т + 11,5 м; где п — общее число пролетов в схеме моста; т — число внутренних пролетов. Наряду с указанными схемами могут быть применены и другие с различным сочетанием длин крайних и внутренних пролетов.

Целесообразность применения различных пролетных строений определяется высотой насыпи на подходах к мосту. При насыпях высотой до 4 м используют пролетные строения длиной 6; 9,3 и 11,5 м. При большей высоте насыпи (до 6 м) применяют мосты со всеми указанными выше типами пролетных строений. При насыпях высотой более 6 м использовать пролетные строения длиной 6 м не следует, так как при высоких насыпях возрастает стоимость опор и поэтому целесообразно принимать пролетные строения большей длины, уменьшая число пролетов и соответственно количество опор моста.

При высоте насыпи более 7—8 м мосты с трапецеидальной формой подмостового сечения имеют длину более 25 м, т.е. относятся уже к средним мостам. Их сооружают со стоечными или массивными опорами, обсыпными устоями (рис. 5.21); длина железобетонных пролетных строений достигает 18,7; 23,6; 27,6 и 34,2 м. Водопропускную способность мостов с обсыпными устоями можно определить в зависимости от ширины русла по дну Ьян и напора Н (рис. 5.22 [30]).

Источник

Проектирование водопропускных сооружений

Необходимость водопропускных сооружений

Вода, образовавшаяся на поверхности земли в результате ливня или снеготаяния, собирается и стекает к пониженным местам с определенной территории. Железнодорожный путь пересекает пониженные места земной поверхности, в которые может притекать вода по постоянным (реки, ручьи, ручьи) или периодическим (периоды дождей, ливней, таяния снега) водотокам. Воду необходимо отвести от железнодорожного пути, что бы исключить подтопление и нарушение целостности земляного полотна. Отвод воды вдоль трассы железной дороги осуществляется продольными водоотводами: нагорными и водоотводными канавами, резервами, лотками и т.п. Проектирование и расчет таких водоотводных сооружений необходимо вести с учетом водосбора и водоразделов.

Для пропуска воды через земляное полотно в местах пересечения водотоков проектируются и строятся водопропускные (искусственные) сооружения: мосты, трубы, лотки, а в отдельных случаях акведуки, дюкеры и фильтрующие насыпи. Мосты и трубы являются наиболее распространенными водопропускными сооружениями для устройства водоотвода при проектировании и строительстве. В современных условиях большое применение находят гофрированные трубы. При некоторых ограничениях по водопропускной способности и возможностям применения по допускаемым высотам насыпей эти трубы обладают весьма существенными преимуществами связанными с уменьшением транспортных затрат (на доставку к месту строительных работ) и общим уменьшении трудоемкости и стоимости их строительства.

Водоотведение поверхностных вод на железных дорогах подразумевает под собой сбор и удаление грунтовых и поверхностных вод с территории железнодорожной станции, земляного полотна, различных сооружений. Водоотведение осуществляется системой водоотводных устройств, отсутствие которых или их плохая работа могут стать причиной насыщения водой земляного полотна, его размыва, подтопления железнодорожным путей, стрелочных переводов на территории предприятия. Насыщение земляного полотна водой может привести к деформации основной площадки, выплескам, образованию балластных корыт и пучин, обвалам и оползанию откосов.

Для отведения атмосферных вод, поступающих с поверхности земли к железнодорожной насыпи, устраивают продольный водоотвод. Вдоль насыпи прокладывают водоотводные каналы с сечением трапецеидальной формы. Как правило, глубина и ширина по дну определяются расчетом, но принимается не менее 0,6м. Такие канавы предусматривают вдоль бровки откоса железнодорожной выемки с ее нагорной стороны – нагорные канавы. Они предотвращают поступление воды в выемку с прилегающей территории и защищают откос от разрушения. На застроенных территориях промышленных площадок или железнодорожных станциях водоотвод производится по сборным железобетонным лоткам. Обычно водоотводные лотки укладываются с минимальным уклоном 2-3 %. Лотки снабжаются смотровыми колодцами с отстойниками. В местностях с суровыми климатическими условиями лотки утепляются. Внутренние размеры лотков выбираются в соответствии с гидравлическими расчетами на максимально возможный приток воды.

Водопропускные трубы

Для пропуска водного потока при небольших расходах воды в теле железнодорожной насыпи могут укладываться как малые мосты, так и водопропускные трубы. Преимуществом водопропускных труб перед малыми мостами является меньшие затраты на строительство и эксплуатацию. Элементы водопропускных труб рассчитывают на действие постоянной нагрузки от веса грунта и переменчивого динамического воздействия от подвижного состава. Размеры отверстия водопропускных труб определяются гидравлическим расчетом. Водопропускная способность трубы зависит не только от размеров отверстия, но и от формы поперечного сечения трубы, конструкции вводящих и выводящих воду устройств (оголовков), степени шероховатости русла в трубе.

Виды водопропускных труб

Водопропускные трубы бывают напорными (вода заполняет все сечение), полунапорные (на входе в трубу вода заполняет ее сечение, а на части длины и на выходе имеет свободную поверхность) и безнапорные (вода заполняет не все сечение).
Водопропускные трубы классифицируются по форме отверстия (круглые, прямоугольные) по числу отверстий (одноочковые, многоочковые) по материалу изготовления (металлические, железобетонные).

Строение водопропускных труб

Водопропускная труба состоит из входного и выходного оголовков, звеньев и фундамента. Оголовки устраиваются на концах трубы для плавного ввода и вывода водного потока, снижения сопротивлению движения воды, повышения водопропускной способности трубы и предохранения от размыва насыпи.
Применяются оголовки различных типов.
Портальный оголовок состоит из вертикальной стенки, расположенной параллельно оси насыпи. В оголовок входят конусы насыпи, укрепленные каменным мощением. Оголовок коридорного типа имеет две параллельные вертикальные стенки с закругленными концами. Вертикальный оголовок выполнен из утолщенного звена трубы, срезанного параллельно откосу насыпи. У раструбного оголовка имеются боковые стенки (откосные крылья), в верхней части срезанные по откосу насыпи. Применяются так же раструбные оголовки с коническим звеном.
Металлические гофрированные трубы изготавливают на заводах из стального листа толщиной 1-2 мм с шагом волны 60 мм. Гибкие и легкие, воспринимающие значительные нагрузки, такие трубы легко монтируются на месте. В большинстве случаев фундаменты устраивают только под оголовками. К недостаткам металлических гофрированных труб можно отнести необходимость применения специальных антикоррозийных сортов стали и специальное оборудование для их изготовления.
Для пропуска воды над полотном железной дороги устраиваются своеобразные мосты, по пролетному строению которых протекает вода, называют их акведуками.
При выполнении проектных работ на территории предприятия при невысоких насыпях и необходимости устройства водоотвода небольшого количества воды от железнодорожного пути применяются водоотводные лотки. Устраиваются они в междушпальном пространстве или в междупутье.

При проведении инженерных изысканий и проектировании железной дороги необходимо выявить все пониженные места и проектом определить количество воды притекающей к этим местам и запроектировать комплекс водоотводных и водопропускных сооружений, обеспечивающих нормальную, бесперебойную работу железной дороги. Современный подход к железнодорожному проектированию, профессиональные компетенции специалистов компании, позволяют выполнять качественно и в кратчайшие сроки проектные задачи любой сложности. В процессе работы над проектами специалисты компании используют современное обеспечение, что позволяет сводить к минимуму возможность технологических ошибок.

Источник

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

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.

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 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;

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;

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 м 3 /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.

Источник