Проектирование, строительство и эксплуатация водопропускных труб

Проектные организации выполняют рабочую документацию, пользуясь, в основном, типовыми проектами, учитывая экономические показатели и конкретные условия строительства [68]. В 70-х годах начали создавать систему автоматизированного проектирования (САПР) водопропускных труб [69], в 80-х годах во многих организациях уже используют САПР для проектирования. При хорошо отлаженных программах и наличии графопостроителей технико-экономическая эффективность САПР способствует снижению ручного труда при расчетах и вычерчивании на 75%, стоимости за счет применения уточненных расчетных схем, повышению качества проектных решений за счет выбора рациональной (для конкретного заказчика) конструкции [70].

При разработке проектов учитывается отечественный и зарубежный опыт проектирования [69-71], анализируются новые опытные конструкции, экспериментальные данные и новые теории расчета, более точно отражающие взаимодействие элементов трубы с грунтом [72-81]. Для расчета используются методы, базирующиеся на гипотезе Винклера с различными вариантами отпорности грунта по периметру трубы. Реализация теорий расчета, как правило, осуществляется на ЭВМ. За рубежом обычно применяется метод конечных элементов.

При разработке проектов труб учитываются реальные возможности заводов-изготовителей [82, 83], производства работ в конкретных условиях [84]. Проектирование металлических труб проводится с учетом новых химических материалов [85-87], которые могут значительно увеличить срок службы сооружений. Для суровых климатических условий Севера предусматриваются различные мероприятия против образования наледей [88]. Конструкции сооружений проектируют таким образом, чтобы можно было обеспечить требуемое качество строительства [89].

Эксплуатация труб включает в себя комплекс мероприятий по поддержанию сооружения в исправности, с целью создания условий для бесперебойного движения транспортных средств по дороге при воздействии различных природных факторов.

Основные положения содержания и ремонта труб изложены в соответствующих разделах нормативных документов [90, 91] и учебнике [92].

Содержание трубы начинается с момента ее приемки в эксплуатацию. В период паводков и после, а также после сильных ливней мастер производит осмотр: проверяет положение звеньев и оголовков, состояние русла на 100 м выше и на 50 м ниже трубы, определяет заиленность, в журнале искусственных сооружений фиксирует обнаруженные дефекты. В соответствующие периоды года трубы очищают ото льда, снега, мусора, в необходимых случаях производят их текущий ремонт, усиление, капитальный ремонт. Для очистки труб от ила и грязи целесообразно использовать машину Т-927 (гидромонитор) в комплекте с поливомоечной машиной КДО-130 и прицепной цистерной [93].

Для ухода за трубами используют имеющиеся механизмы, оборудование и материалы [93, 94]. Осуществлять механическую очистку труб не рекомендуется, так как можно повредить само сооружение.

При обнаружении дефектов необходимо установить причину их появления и выбрать метод устранения. Эти работы наиболее существенны для труб, эксплуатируемых в суровых климатических условиях. Ниже приведены данные о наиболее часто встречающихся дефектах железобетонных труб [95].

Отступление от правил проведения работ во время возведения труб (особенно при плохом уплотнении " пазух" и слабых грунтах основания) может привести к появлению промоин за телом трубы, что наиболее опасно при паводке. В некоторых случаях (при насыпях малой высоты и прохождении очень тяжелого груза) возникают полные или частичные разрушения средних звеньев труб.

Если нельзя быстро заменить трубу, то на разрушенных участках следует выполнить временное усиление путем установки деревянных стоек-распорок, упирающихся вверху в продольный прогон, а внизу в самозаклинивающиеся двухклиновые подкладки. Такие работы необходимо выполнять с соблюдением правил техники безопасности.

Опыт свидетельствует, что периодическое усиление разрушенных труб очень трудоемко и, как правило, значительно дороже, чем полная их замена. Установка внутри круглой железобетонной трубы (длиной более 50-70 м) трубы из металла с последующим инъецированием зазоров практически трудно осуществима, так как заранее сваренную плеть нельзя поместить в трубу (разрывается металл или сварка). А при сварке коротких металлических звеньев непосредственно в трубе даже при хорошей вентиляции возникает загазованность.

При невысоких насыпях (до 4-6 м) разрушенную трубу следует заменить, при высоких - осуществить проходку горным методом.

В связи с увеличением хозяйственной деятельности человека, во многих районах страны повысилась кислотность воды, что может привести к существенному уменьшению срока службы труб. По данным исследований установлено, что железобетонные трубы без защитного покрытия могут служить 50 лет и более в среде с показателем кислотности рН ≥ 4, 5 [96].

В Нидерландах при исследованиях влияния химических факторов на долговечность железнодорожных прямоугольных труб выявлено, что помимо растворов кислот в грунтах, богатых гумусом, содержится газ СО₂, который взаимодействует с цементным камнем; в ряде районов страны грунт содержит растворы серной кислоты [97].

Для повышения долговечности труб целесообразно изготавливать их из плотного бетона на портландцементе, получаемом в шахтных печах с.дутьем и содержащем минимальное количество шлаковых добавок (коэффициент диффузии составляет 4·10^-9 см²/с вместо 44·10^-9 см²/с с обычным портландцементом), с толщиной защитного слоя не менее 20 мм, раскрытием трещин до 0, 2 мм. В стыках звеньев следует применять бутадиенстирольный каучук.

В северных районах СССР наледи нередко закупоривают отверстия водопропускных труб, и вода переливается через земляное полотно, размывая его.

На участках с вероятным образованием наледи в осенний период к верхней части трубы подвешивают металлическую трубу диаметром 30-40 мм (рис. 31). К вертикальным концам трубы прикрепляют вешки так, чтобы они были выше прогнозируемого уровня наледи. В зимний период при образовании наледи в трубу подается пар, при этом образуется канал, в который вставляют металлическую перфорированную трубку диаметром 20-30 мм и через нее пропускают пар. В канал диаметром 30-40 мм направляют воду, которая полностью освобождает трубу ото льда.

Рис. 31. Схема парооттаивания наледи в трубе: