Существующие требования к водопропускным трубчатым сооружениям

25.05.2016

Водопропускные сооружения должны обеспечивать не только пропуск воды без нарушения безопасности и непрерывности работы всего комплекса дорожных сооружений, но и быть удобными для движения автотранспорта. Вне зависимости от материала водопропускной трубы её основными характеристиками являются форма и размеры отверстия (ширина, высота, диаметр), которые в основном и определяют пропускную способность всего сооружения. Если форму и очертание отверстия трубы и её входных оголовков принимают по конструктивным соображениям, то размеры отверстий труб и габариты малых мостов обосновывают гидрологическими и гидравлическими расчётами. Гидрологические расчёты связаны с определением расчётных расходов и объёмов стока.
Методика гидравлического расчета МГК не является отработанной в полной мере. Это подтверждают и результаты натурных обследований, представленные далее. Гидравлический расчет водопропускных труб включает в себя определение следующих основных характеристик: размеров отверстия трубы; скорости протекания потока на входе и выходе из трубы; глубины воды на входе и выходе из трубы; подпора воды во входном и выходном отверстиях трубы; типа укрепления русла.
Полученные расчетом гидравлические характеристики должны обеспечивать протекание воды в расчетном гидравлическом режиме с допустимой степенью заполнения трубы на входе (при принятии в качестве расчетного безнапорного режима) со скоростями на входе и выходе из трубы, которые не могли бы привести к повреждению трубы, размывам грунта насыпи, подводящего и отводящего русел.
Дорожные трубы обычно проектируются нерегулируемыми. Пропускную способность малых труб определяют гидравлическим расчётом отверстий с учётом аккумуляции части объёма стока перед водопропускным сооружением (или без учета аккумуляции), определением скоростей течения в трубе, на её выходе, а также в верхнем и особенно нижнем бьефах сооружения и соответствующих им величин возможных местных размывов, оценки возможности возникновения неустойчивых сбойных течений, которые могут привести к эрозии и деформации грунта насыпи, повреждениям трубы, размывам отводящего и подводящего русел водотока и прилегающих береговых участков. Все эти вопросы рассматриваются в специальной литературе.
Исходными материалами для гидравлического расчёта являются расчётный расход и расчётный уровень воды, режим работы трубы, уклон лотка сооружения, характеристики русла. Закрытые водопропускные сооружения могут работать в трёх основных режимах: безнапорном, полунапорном и напорном (частично-напорном), а также в переходном режиме. Согласно существующим нормативным Рекомендациям Росавтодора круглые водопропускные трубы из СМГК диаметром d до 3 м проектируются на пропуск расчетного и наибольшего расходов в безнапорном режиме с заполнением на входе hвх/d, не превышающем 0,75 и 0,9 соответственно.
Определить размер поперечного сечения трубчатой конструкции небольшого диаметра (до 3 м) на предварительной стадии проектирования можно по номограммам, разработанным на основе данных многолетних исследований или более точно в ходе детального гидравлического расчёта. Гидравлический расчет МГТ с гладким лотком по дну, защищающим её от абразивного воздействия водного потока и спиральновитой гофрированной трубы выполняется по рекомендациям, приведенным далее.
Экономичность выбранного конструктивного решения трубчатого водопропускного сооружения подтверждается вариантным проектированием или математической оптимизацией. В качестве критерия оптимальности приняты суммарные строительные и эксплуатационные расходы. При этом учитываются следующие факторы: типы и размеры труб с учётом принятых видов оголовков и фундаментов; типоразмеры укреплений; подходы земляного полотна к сооружению с учётом площадей занимаемых земель и возможного подтопления близлежащих угодий; возможности поставщиков строительных конструкций; возможности строительной организации; технология строительных работ; затраты на эксплуатацию сооружений и другие специфические особенности.
Поскольку в предлагаемой работе в основном рассматриваются водопропускные сооружения из гибких конструкций - трубы из СМГК, имеющие повышенную шероховатость, а также некоторые специфические конструктивные и гидравлические особенности, то пропускная способность таких труб зависит от конструкции входных оголовков, размера отверстий, напора перед сооружением и условий гидравлической работы, которые должны быть учтены в проектах повторного применения. Кроме того, следует учесть, что в отечественной практике дорожного строительства, в отличие от зарубежной, водопропускные трубы обычно проектируются на пропуск расчетного и наибольшего расходов в безнапорном режиме. Поэтому назначаются значительно большие диаметры труб, чем в случае, если в качестве расчетного принимается полунапорный или напорный (частично-напорный) режимы, как это делается за рубежом. Существующие нормативные рекомендации по применению в дорожном строительстве труб из гофрированного металла не содержат рекомендаций по их гидравлическому расчету при работе в полунапорном, напорном и частичнонапорном режимах. Отсутствуют нормативные рекомендации и по выполнению гидравлического расчета гофрированных труб с обязательным защитным гладким лотком по дну гофрированной трубы и труб со спиральной формой гофра при всех возможных гидравлических режимах их работы. Это приводит к тому, что зачастую гидравлические расчеты металлических гофрированных труб выполняются по методикам, разработанным для гладких бетонных труб, что приводит к неадекватным конструктивным решениям водопропускного сооружения как с экономической точки зрения, так и со стороны безаварийности работы всего сооружения в целом.
Во всех водопропускных сооружениях из СМГК не зависимо от их назначения трубы устанавливают на заранее подготовленное основание или грунтовую подушку. На обычных водотоках в донной части этих труб устраивается бетонный, железобетонный или асфальтобетонный лоток толщиной 0,1...0,3 м, а на зарыбленных - каменная наброска. В отличие от дорожных труб, на нерестовых водотоках для сохранения естественной среды обитания рыб дно водопропускных труб заглубляют ниже дна водотока (на глубину не менее 2...3-х расчётных диаметров камня). Лотковую часть трубы укрывают природным материалом, устойчивым к расчётным скоростям воды в трубе (камень, гравий, песок и т.п.), характерным для данного водотока.
В проектах повторного применения длина трубы обычно определяется шириной проезжей части насыпи, её высотой, заложением верхового и низового откосов и размерами входного и выходного оголовков (рис. 1.41). Минимальная высота насыпи определяется с учетом высоты трубы и минимальной толщины её засыпки примерно в 1,0 м, считая от верха звена трубы.
Существующие требования к водопропускным трубчатым сооружениям

На концевой части любого водопропускного сооружения осуществляется сброс потока в нижний бьеф и гашение избыточной кинетической энергии при помощи различных устройств. Устройствами нижнего бьефа принято называть такие конструктивные элементы водопропускных сооружений, которые служат как для предохранения дна водотока от механического разрушения в зоне гашения избыточной кинетической энергии, так и для интенсификации процесса сопряжения бьефов с помощью специальных гасителей энергии потока.
При проектировании устройств нижнего бьефа решается целый ряд взаимосвязанных задач, основные из которых - расчет параметров гидравлического режима сопряжения бьефов; прогноз параметров взаимодействия потока с отдельными частями устройств нижнего бьефа для последующей оценки их устойчивости и прочности; прогноз общих и местных переформирований дна ниже сооружения.