Основные виды оголовков труб из МГК

25.05.2016

Для сопряжения тела трубы с насыпью и создания наиболее благоприятных условий протекания по МГТ потока воды на входе и выходе из трубы устанавливают оголовки, форма и размеры которых должны обеспечивать наиболее благоприятные условия протекания воды и устойчивость насыпи в зоне трубы. Бровка земляного полотна на подходах к трубам должна быть не менее чем на 0,5 м выше отметки подпорного уровня, определяемого по наибольшему расходу расчетных паводков для автомагистралей. Металлические гофрированные трубы небольшого диаметра благодаря простоте устройства и монтажа часто строят без оголовков, со срезкой конца трубы перпендикулярно или параллельно откосу насыпи с удлинением трубы до основания откосов насыпи (рис. 2.67а, б) или со ступенчатой формой среза (рис. 2.67г).
Основные виды оголовков труб из МГК

В типовых проектах труб из СМГК используют следующие виды оголовков:
- без оголовков (вертикальный срез) с нижней частью трубы, выступающей из тела насыпи на уровне её подошвы не менее чем на 0,2 м или портальный оголовок (рис. 2.67а);
- со срезом, параллельным откосу насыпи, с нижней частью трубы, выступающей из тела насыпи на уровне её подошвы не менее чем на 0,5 м (рис. 2.67б);
- с раструбным оголовком (при угле раструбности 20°) (рис. 2.68).
Основные виды оголовков труб из МГК

В большинстве своем гофрированные трубы применяются без оголовков с вертикальным срезом (рис. 2.69).
Основные виды оголовков труб из МГК

Конструкция портального оголовка хотя и проста, но не обеспечивает плавного входа в трубу и протекания по ней водного потока, поэтому применяется редко, только для труб малого размера (рис. 2.70 и 2.71). Для труб большого размера портальные стенки оголовков выполняются не на полную высоту, а верхняя часть оголовка часто заменяется укреплением откоса крупнообломочным материалом (рис. 2.71 и 2.73), габионами (рис. 2.72) и пр.
Основные виды оголовков труб из МГК

Основные виды оголовков труб из МГК

Воротниковые оголовки с наклонным срезом, соответствующим углу заложения откоса насыпи (рис. 2.74 и 2.76), часто окаймляют поясом-воротником, поэтому они имеют привлекательный вид (рис. 2.78). Ho из-за неблагоприятных условий входа водного потока в трубу они имеют невысокие гидравлические показатели и применяются достаточно редко, лишь при небольших расходах воды (рис. 2.75). Наилучшие условия входа и плавное протекание воды в трубе обеспечивают раструбные оголовки с боковыми откосными крыльями переменной высоты (ныряющие стенки) (рис. 2.79-2.82). Иногда предусматривают устройство раструбных оголовков из унифицированных сборных железобетонных элементов. По сравнению с портальными, у которых отсутствуют откосные крылья, в раструбных оголовках практически исключено попадание грунта насыпи в трубу.
Основные виды оголовков труб из МГК

Основные виды оголовков труб из МГК

За рубежом, а в последние годы и в отечественной практике, гофрированные трубы большей частью сооружают без специальных оголовков. Для увеличения пропускной способности ряд исследователей рекомендуют устанавливать на входе портальную стенку или оголовок, подобный раструбному, но выполненный из гофрированного металла (рис. 2.80-2.82). Увеличение расхода при этом составляет всего около 4,4...5,9%. Поэтому при проектировании гофрированной трубы на работу в безнапорном режиме целесообразнее устраивать ее без оголовка, что снижает строительную стоимость всего сооружения в целом.
Основные виды оголовков труб из МГК

Основные виды оголовков труб из МГК

В отраслевых методических документах для сооружений с отверстием до 3 м рекомендуется устраивать вход в МГТ с вертикальным или срезанным параллельно откосу насыпи торцом концевого звена с устройством оголовков или без них. МГТ с отверстием более 3-х м для сопряжения с откосами насыпи должны обязательно иметь входной и выходной оголовки. Для сооружений, строящихся на скальных, крупнообломочных и других непучинистых грунтах, рекомендовано применять оголовки во всех строительно-климатических зонах. В США разработаны улучшенные конструкции входных оголовков, обеспечивающие наиболее благоприятные условия гидравлической работы МГТ в безнапорном и полунапорном режимах (рис. 2.83).
Входные оголовки для укрепления выполняют из различных материалов: камня, бетона и железобетона, металла, габионных структур и облицовывают различными природными и природоприближёнными материалами. Вход МГТ для обеспечения посадки на коренные породы, а также необходимости заглубления труб под дорогой иногда выполняют в виде водоприемных колодцев, врезаемых в верховой склон с применением профильной стали и габионных конструкций.
Основные виды оголовков труб из МГК

Глубина заложения фундаментов оголовков водопропускных сооружений на скальных грунтах, на гальке и гравии, щебенистых, гравелистых песках и песках средней крупности не нормируется, а для других грунтов она должна быть не менее чем на 0,25 м ниже расчетной глубины сезонного промерзания с учетом местных условий. При необходимости замены грунта основания на глубину более 2 м целесообразно выполнить сравнение с искусственным основанием в виде мембраны из объемной георешетки и обосновать выбор техникоэкономическими расчетами.
В основании оголовков водопропускных труб из МГК помимо подушки (рис. 2.84) важнейшим элементом является противофильтрационный экран, устраиваемый под оголовком трубы, например, из гофрированного металла (рис. 2.85). Противофильтрационные мероприятия следует предусматривать при наличии у сооружения напорного фронта и высоких уровнях грунтовых вод. Они должны обеспечивать предотвращение подмыва основания МГТ и фильтрационных деформаций на выходе из-под трубы, например, выноса мелких частиц грунта. При этом должна быть предотвращена возможность скопления воды в подушке.
Основные виды оголовков труб из МГК

Основные виды оголовков труб из МГК

Экраны бывают металлические (рис. 2.86), железобетонные (рис. 2.87), из цементно-грунтовой или глинощебеночной смеси, глины, габиона с геосинтетиками или другого материала (размеры и конструкции экранов указываются в проекте). Обычно экраны из железобетона или другого жесткого материала делают сборными из элементов, устанавливаемых непосредственно перед концевыми участками трубы.
Основные виды оголовков труб из МГК

Поперечный экран из утрамбованной глины, укладываемый в узкие поперечные траншеи, а также установка в головной части труб специальных бетонных или железобетонных стенок-экранов позволяют уменьшить фильтрацию через подушку.
Основные виды оголовков труб из МГК

Железобетонные и бетонные экраны следует применять для труб, сооружаемых на мелкопесчаных основаниях. Глубина заложения железобетонных и бетонных экранов должна быть ниже песчаногравийной подушки и не менее чем на 0,25 м ниже расчетной глубины сезонного промерзания с учетом местных условий. Ширину экрана принимают не менее двух диаметров трубы.
Для труб, сооружаемых на глинистых грунтах, применяют противофильтрационные экраны из цементно-грунтовой или глинощебеночной смесей. Эти экраны должны укладываться на ширину подушки, иметь длину вдоль оси трубы не менее 2 м и глубину не менее 0,7 глубины сезонного промерзания. При сооружении труб на основании из крупнопесчаных скальных и крупнообломочных грунтов применяют цементно-грунтовые, глинощебеночные или бетонные экраны с глубиной заложения равной толщине подушки.
При полунапорном и напорном режимах работы МГТ в верхнем бьефе над входным оголовком формируются одна или несколько вихревых воронок, через которые в трубу поступает воздух. Эксперименты показывают, что это не оказывает влияния ни на устойчивость гидравлического режима, ни на пропускную способность трубы. Однако на поверхности естественного водного потока всегда имеется плавающий мусор, который захватывается вихревой воронкой и направляется в гофрированную трубу. Даже при небольшом размере может произойти повреждение входного оголовка, а при значительном размере - может произойти и полная «закупорка» сечения гофрированной трубы.
Для исключения возможности попадания в водопропускную МГТ мусора, транспортируемого водным потоком, на входе можно устанавливать различного вида дефлекторы - решетчатые конструкции, которые будут задерживать мусор, шугу, плавающий лёд и не позволять им попадать в МГТ (рис. 2.88 и 2.89). Такие конструкции обеспечивают дополнительную турбулизацию потока, что травмирует рыбу, а иногда делает её проход невозможным. Решётки целесообразно устанавливать не на входное отверстие МГТ (рис. 2.90), а несколько выше по течению (рис. 2.91), превышая отметку максимального уровня воды, или совмещать с оголовком труб (рис. 2.82). Такие устройства отрицательно влияют на устойчивость гидравлического режима и на пропускную способность трубы, при этом не предотвращают образование вихревых воронок и попадание в них плавающего мусора. Поэтому в верхнем бьефе над входным оголовком МГТ, запроектированной на работу в полунапорном и напорном режимах, следует предусматривать установку конструкций, препятствующих формированию вихревых воронок.
Основные виды оголовков труб из МГК

Для предотвращения образования вихревой воронки в верхнем бьефе над входным оголовком дорожной МГТ, запроектированной на работу в полунапорном и напорном режимах, можно предусматривать установку специальных конструкций противовихревых устройств, препятствующих формированию вихревых воронок. В МАДИ были разработаны два таких устройства. Первое устройство состоит из козырька (рис. 2.92), расположенного и закрепленного болтовым соединением на опорном креплении, соединенном хомутом с входным оголовком трубы. Козырек выполнен из металла в виде плоской пластины в форме правильного шестиугольника, вписанного в окружность с радиусом, равным диаметру гофрированной трубы. Размеры козырька определены экспериментальным путём. При обтекании водным потоком шестиугольной пластины с острыми краями происходит дополнительная турбулизация потока, что препятствует формированию вихревой воронки.
Основные виды оголовков труб из МГК

Второе устройство было плавающим и содержало плотик круглой формы, радиус которого равен диаметру гофрированной трубы. Он располагался на двух вертикальных направляющих штырях, установленных на опорном креплении. Плотик выполнен из плавучего материала, плотность которого меньше плотности воды. В центре плотика и на расстоянии три четверти радиуса плотика от него выполнены круглые отверстия диаметром на 1,0...2,0 см большим диаметра штыря (рис. 2.93). Плотик устанавливается сверху на штыри и при работе трубы в полунапорном и напорном режимах с затопленным входом плавает над оголовком, перемещаясь по вертикальным направляющим штырям. Опорное крепление разработанных противовихревых конструкций выполнено П-образной формы в поперечном сечении, соединенном хомутом с входным оголовком трубы.
Основные виды оголовков труб из МГК